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单片机应用策略（1）：设计常用方法及应对策略
来源：电子发烧友网
作者：电子大兵日 11:37
[导读] 在单片机开发过程中，从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的。这样虽然可以降低系统成本，提高系统的适应性，但是每个系统的调试占去了总开发时间的2/3，
一、单片机开发过程中硬件调试技巧
　　在单片机开发过程中，从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的。这样虽然可以降低系统成本，提高系统的适应性，但是每个系统的调试占去了总开发时间的2/3，可见调试的工作量比较大。单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起。本文结合作者在单片机开发过程中体会，讨论硬件调试的技巧。
　　当硬件设计从布线到焊接安装完成之后，就开始进入硬件调试阶段，调试大体分为以下几步。
　　1 硬件静态的调试
　　1.1排除逻辑故障
　　这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查系统总线(地址总线、数据总线和控制总线)是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。
　　1.2排除元器件失效
　　造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了;另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。
　　1.3排除电源故障
　　在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与GND之间电位，若在5V～4.8V之间属正常。若有高压，联机仿真器调试时，将会损坏仿真器等，有时会使应用系统中的集成块发热损坏。
　　2 联机仿真调试
　　联机仿真必须借助仿真开发装置、示波器、万用表等工具。这些工具是单片机开发的最基本工具。
　　信号线是联络8031和外部器件的纽带，如果信号线连结错误或时序不对，那么都会造成对外围电路读写错误。51系列单片机的信号线大体分为读、写信号线、片选信号线、时钟信号线、外部程序存贮器读选通信号(PSEN)、地址锁存信号(ALE)、复位信号等几大类。这些信号大多属于脉冲信号，对于脉冲信号借助示波器(这里指通用示波器)用常规方法很难观测到，必须采取一定措施才能观测到。应该利用软件编程的方法来实现。例如对片选信号，运行下面的小程序就可以检测出译码片选信号是否正常。
　　MAIN：MOVDPTR，#DPTR
　　;将地址送入DPTR
　　MOVXA，@DPTR
　　;将译码地址外RAM中的内容送入ACC
　　NOP;适当延时
　　SJMPMAIN;循环
　　执行程序后，就可以利用示波器观察芯片的片选信号引出脚(用示波器扫描时间为1&s/每格档)，这时应看到周期为数微秒的负脉冲波形，若看不到则说明译码信号有错误。
　　对于电平类信号，观测起来就比较容易。例如对复位信号观测就可以直接利用示波器，当按下复位键时，可以看到8031的复位引脚将变为高电平;一旦松开，电平将变低。
　　总而言之，对于脉冲触发类的信号我们要用软件来配合，并要把程序编为死循环，再利用示波器观察;对于电平类触发信号，可以直接用示波器观察。
　　下面结合在自动配料控制系统中键盘、显示部分的调试过程来加以说明。本系统中的键盘、显示部分都是由并行口芯片8155扩展而成的。8155属于可编程器件，因而很难划分硬件和软件，往往在调试中即使电路安装正确没有一定的指令去指挥它工作，也是无法发现硬件的故障。因此要使用一些简单的调试程序来确定硬件的组装是否正确、功能是否完整。在本系统中采取了先对显示器调试，再对键盘调试。
　　(1)显示器部分调试为了使调试顺利进行，首先将8155与LED显示分离，这样就可以用静态方法先测试LED显示，分别用规定的电平加至控制数码管段和位显示的引脚，看数码管显示是否与理论上一致。不一致，一般为LED显示器接触不良所致，必须找出故障，排除后再检测8155电路工作是否正常。对8155应进行编程调试时，分为两个步骤：第一，对其进行初始化(即写入命令控制字，最好定义为输出方式)后，分别向PA、PB、PC三个口送入#0FFH，这时可以利用万用表测试各口的位电压为3.8 V左右，若送入#00H，这时各口的位电压应为0.03 V;第二，将8155与LED结合起来，借助开发机，通过编制程序(最好采用&8&字循环程序)进行调试。若调试通过后，就可以编制应用程序了。
　　(2)键盘调试一般显示器调试通过后，键盘调试就比较简单，完全可以借助于显示器，利用程序进行调试。利用开发装置对程序进行设置断点，通过断点可以检查程序在断点前后的键值变化，这样可知键盘工作是否正常。
　　以上讨论了借助简单工具对单片机硬件调试的方法，这些方法如果利用得好，就
　　可以大大缩短单片机的开发周期。
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采用DSP的电源控制系统的软硬件开发
来源：微计算机信息
作者：佚名日 15:27
[导读] 1 引言
&&&&& 随着现代电力电子技术的不断进步和信息技术的发展，逆变电源越来越广泛的应用于通讯、航海、航空、医疗、军事等诸多领域，同时用户对
&&&&& 随着现代电力电子技术的不断进步和信息技术的发展，逆变电源越来越广泛的应用于通讯、航海、航空、医疗、军事等诸多领域，同时用户对逆变电源的性能也有了越来越高的要求。作为逆变电源的核心，逆变器的控制系统对提高电源性能起着极其关键的作用。逆变电源的控制器经历了从模拟控制器到数字控制器的发展, 数字控制器与模拟控制器相比较，具有控制精度高、参数调整方便、更改控制策略灵活等优点。尤其随着控制专用DSP的出现，使得逆变电源的控制技术朝着全数字化、智能化及网络化的方向发展。本文选用TI公司新推出的数字信号处理器TMS320F2812作为电源的主控制器，设计了一种结构简单、扩展方便的控制系统，实现了逆变电源的精准控制。
2 系统组成
&&&&& 本文所设计的电源是400Hz逆变中频电源，电源总体结构如图1所示，主电路采用交-直-交结构，包括整流器、直流滤波器、逆变器、变压器及交流滤波等组成部分。交－直部分将50 Hz交流市电经桥式整流、平波电抗器、电解电容滤波后变为平稳直流，桥式整流电路为半控结构。直－交逆变部分采用全桥结构，逆变器选用IGBT作为开关器件。利用IGBT开关频率较高的优点，采用正弦脉宽调制方式（SPWM）对逆变器进行控制，将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流，输出SPWM波幅值恒定，宽度按正弦规律变化，逆变器输出的交流电经变压器及滤波电路滤波后，得到纯正的正弦波交流电。
&&&&& 以TMS320F2812为核心的控制部分结构如图2所示。其中TMS320F2812最小系统中主要包括时钟电路、复位电路和外部存储器扩展电路。时钟电路采用外部时钟，选用一片30MHz晶振作为外部频率给定，外部时钟经过PLL倍频后，为系统提供时钟，系统可以通过锁相环控制寄存器来选择锁相环的工作模式和倍频的系数。复位电路的设计，为了操作的方便，主要使用的是系统复位引脚（RS）。当接触开关S按下时，使得该引脚产生一个低电平，就会产生相应的复位信号；当接触开关S未动作时，该引脚为高电平。外部存储器扩展电路主要采用的ISSI公司生产的高速SRAM芯片，型号为IS61LV25616AL，存储时间为10ns，容量为256K字节，16位，工作电压为3.3V，工作于零等待工作模式。
图1 电源总体结构框图
图2 DSP扩展系统框图
3 硬件设计
&&&&& 控制系统的硬件设计主要是围绕主控制器TMS320F2812进行的，TMS320F2812的外围电路主要有AD采样电路和SCI通信电路。
3.1 A/D采样电路
&&&&& TMS320F2812的ADC模块是一个12位带流水线的模数转换器，共有16个通道。根据实际需要，本系统用到了9个AD转换通道ADCIN00～ADCIN08，需采样的信号分别是3个相电压、直流电压、3路线电流、直流电流、温度。每个A/D采样电路包括传感器、A/D调理电路和片内A/D转换器。交流电压采样电路如图3所示，输出的三相交流电压进行瞬时值检测，从变压器副边送来的正弦波反馈信号经变压器采样，经过分压和偏置处理后，转换成0~3.3 V的信号送入DSP的A/D转换口。交流的瞬时值采样结果和被检测的信号之间存在同步问题，在本系统中采用TMS320F2812的捕获单元和不可屏蔽中断NMI（Non-Maskable Interrupt）来实现跟踪频率变化的交流瞬时值采样。
&图3 交流电压采样电路
3.2 SCI电路
&&&&& TMS320F2812器件包括串行通信接口SCI模块，SCI模块是一个可编程的全双工串行通讯接口。SCI模块支持CPU与其使用标准格式的异步外设之间的数字通讯。SCI模块包括两个引脚：SCI发送数据引脚SCITXD、SCI接收数据引脚SCIRXD。TMS320F2812的串行通讯接口电路如图4所示。
图4 串行通讯接口电路
4 软件设计
4.1 控制策略
&&&&& 本系统采用输出电压瞬时值和电感电流反馈的电流双环SPWM控制调制方案。其中，电压外环反馈采用模糊比例积分调节，电流内环的反馈信号为电感电流IL，采用模糊比例调节[3]。输出电压的瞬时信号U０经调理采样生成Uf后直接反馈，与参考正弦电压Uref比较后，经电压调节器综合，作为电流内环的给定信号Ig。给定信号Ig与电感电流反馈值If比较得到的误差ei送到电流调节器中，经过P调节生成信号Us，其作为调制波与三角载波进行交截产生SPWM开关信号，控制各桥臂IGBT管的导通与关断。
4.2 软件实现
&图5 系统软件的总体结构流程图
&&&&& 逆变桥的SPWM信号由TMS320F2812片内事件管理器EVA模块实现，波形的控制和调节都需要在SPWM调节周期中完成，属于定时器管理事件。在进行电压调节器、电流调节器计算时还需要实时获得、处理采样值，这里主要利用片内A/D模块。另外，在和单片机进行通信时可以利用SCI模块实现，各类保护则是需要不断查询各个状态量，根据其具体数值采取相应的动作。系统软件总的流程框图如图5所示。
&&&&& 本系统对软件的实时处理能力要求很高，绝大多数功能模块是在中断子程序中完成的。而且由于系统的功能模块繁多，所以各模块应根据系统的要求严格按照先后顺序执行，以保证各模块互不干扰，协调工作。用到的主要的中断有三个：INI2.6级中断为EVA模块的定时器1的下溢中断，对应的中断子程序是最重要的一个子程序，在该子程序中主要完成对逆变器的控制，一旦出错那么整个系统的输出就会发生畸变，因此其中断优先级最高；INT1.6级中断是ADC模块的中断，在该子程序中读取输出电压和输出电感电流的转换结果；INT9.1级中断是SCI-A模块的接收中断，在该中断子程序中主要接收经过A/D转换后的实时数据。
5 实验结果
&&&&& 通过搭建小容量的试验机，控制系统每个环节的设计都得到了近似工作现场的考验，经过在试验过程中不断的调整，软硬件设计都基本趋于完善。最终大容量30kVA的样机设定的各控制参数如下：输入电压220V/50Hz，输出电压115V/400Hz，载波频率为18kHz，输出功率为30kVA，输出滤波电容C = 300 F，输出滤波电感L = 70 H。图6、图7分别为阻性负载和感性负载时的电源输出电压波形，经过对输出电压的谐波分析，输出电压的THD值达到了要求的性能指标THD≤3％，结果证明了控制系统的可行性。
图6 阻性负载时的电源输出电压波形&&&&&&&&&&&&
&图7 感性负载时的电源输出电压波形
&&&&& 本系统利用控制领域最先进的TMS320F2812型号的DSP作控制器，与以往单片机相比，TMS320F2812的集成外设功能更多、速度更快。而且，它的价格在近几年也有了大幅度的下降。因此，本文设计的逆变电源控制系统具有操作简单、无污染、噪声低、效率高、节约成本、易扩展等多种优点，具有很好的应用前景。
&&&&&&本文作者创新点：针对用户对中频逆变电源的性能要求，采用控制领域最新的数字信号处理器TMS320F2812作为控制器，从软件和硬件两方面系统全面地介绍了设计逆变电源控制系统的方法。该系统的硬件电路非常简单，实现了对逆变电源的全数字控制，使逆变电源的模块化成为可能，同时也为电源的大容量扩展打下了很好的基础。
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