基于单片机的超声电机驱动器研制+文献综述(6)
时间:2017-03-02 21:58 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
通过分析比较，专用 DDS 芯片，使用简便，且性能优越，成本较低，能很好的满足超声电机工作驱动控制电路的要求。本设计最终选用的是AD公司的AD9850芯片来实现正弦信号的产生。 本章小结，在设计前方案的选择做了大量的工作，一个合适的方案对整个设计有着至关重要的地位。在前期的工作中，我查阅了大量的资料，搜寻了目前常见的多种超声电机驱动方案，并通过仔细的分析比较，最终确定设计方案。整一个过程持续了比较长的时间，在方案定下来的同时，由于已经查阅了很多资料，对本次设计也有了一个大致的构想，而具体的分析与问题的发现只有在设计过程当中慢慢摸索。 3 超声电机驱动的硬件构成及设计分析 3.1 基于DDS的正弦信号发生电路 3.1.1 DDS芯片及其工作原理 本设计采用美国 AD 公司的 DDS 芯片 AD9850为核心设计信号发生器电路。AD9850 是一种集成电路元件，它采用CMOS工艺，功耗低，工作温度大致为-40～80℃，采用SSOP 表面封装形式。共有 28 个引脚，排列如图 3-1 所示[14]。AD9850 可以产生一个频谱纯净，频率、相位均可编程的模拟输出可直接用作频率源的正弦波。 图3-1 AD9850管脚分配图 AD9850提供5位的数字控制相位调制字，从而使其输出信号相位能够按照180°、90°、45°、22.5°、11.25°输出或者这些值的任何组合。 AD9850 内部模块主要由输入数据寄存器、频率/相位数据寄存器、DDS 核心、10 位数模转换器和比较器构成。其内部高速，高性能的 D/A 转换器和比较器，使其形成一个完整的、数字化可编程频率合成器。 AD9850 有 40 为控制寄存器，频率控制字 32 位，相位控制字 5 位。频率控制字和相位控制字可以通过并行或串行方式加载到数据输入寄存器。并行加载方式按字节依次迭代载入5次。第一个字节的控制相位调制、电源休眠和加载方式，第二到第五个字节是32 位频率控制字。串行装载任务是一个 40 位串行数据流通过一个引脚载入。AD9850 使用直接数字合成（DDS）技术，以数控振荡器的形式，产生一个频率及相位可以变化的正弦波。通过内部 10 位高速数模转换器和一个提供低抖动TTL/ CMOS 兼容输出的片上高速比较器将数字信号转化为模拟信号输出[11]。 DDS 实质是一数字分频电路，N位控制字将时钟频率 均分用来作为相位增量。相位累加器是一个可变模计数器，递增的数字存储于其中，每次收到一个时钟脉冲。当计数器溢出时，使相位累加器输出邻近的相应值。频率控制字在下一个时钟脉冲到来时有效地将相应值按相位增量（ΔPhase）加载到相位计数器中来更新计数器模值。加载的增量越大计数器溢出就越快，就会得到更高频率的输出。AD9850 采用了新颖和专有的算法截断相位累加器输出的N位。这种算法使用长度更短的查找表，可以采用数字信号处理方法来实现其功能，这对缩小芯片体积和降低功耗有重要意义。输出频率、参考时钟以及控制字之间的关系如下式： （3-1）其中， Δ Phase表示 32 位频率控制字，CLKIN 表示输入参考时钟频率（单位为MHz）， 为输出信号频率（单位为 MHz）。DDS核输出的数字正弦波经内部10 位数模转换器转化为模拟正弦波信号。 图3-2是通过DDS技术产生两相正弦激振信号的原理图，它包括两路结构上完全一样的电路，分别用以产生两路正弦信号。正弦查找表中存放了一个周期的正弦函数值，累加器在同步时钟的驱动下以频率寄存器中的数据为步长不断累加，舍去溢出部分，输出两路相同的二进制地址。其中一路地址从正弦查找表中找出相应的数据，送给A相D/A和低通滤波器，输出A相正弦信号。如果频率寄存器中的值大，则遍历正弦表查找A一遍所需的时间短，输出信号频率就高，即信号的频率与频率寄存器中的值成正比[1]。 (责任编辑：qin) |