2 硬件設計

2.1 總體設計

以一路DSC為例，系統的硬件結構如圖2所示.工作原理為：STM32F407微控制器為主控芯片，通過通信接口接收外部輸入的軸角信號θ，并對其進行粗精分離及利用查表法計算對應占空比大小，通過總線方式將通道對應地址及占空比對應數據信息送入CPLD;CPLD根據數據及地址信息產生對應通道和占空比的PWM 信號;由4個互補MOS管構成的全橋驅動電路由全橋驅動器UBA2032根據PWM 信號控制全橋電路開斷，并經選頻電路后產生對應軸角的調制波，經Scott變壓器轉變為三相信號后驅動同步機指向對應軸角位置即完成系統的數字-軸角轉換.

2.2 STM32F4微控制器

STM32F4微控制器是由意法半導體生產的基于ARMCortex-M4內核的新型微控制器，性能優越.下面主要說明選用此型號MCU的原因：

(1)內核架構先進，性能優越.由于MCU需要完成諸如軸角粗精分離.取整以及調制波對應PWM 信號占空比等運算，涉及到較多乘除法運算，要求所選MCU需具備較強浮點及乘除運算能力，而所選STM32F4微控制器具有專門的硬件乘法器和具有較高的主頻(168MHz)，且可適當超頻，適合完成較為復雜的實時運算;(2)接口豐富，可方便完成功能擴展.RS232串口用于接收外部信息，同時，此型號MCU具有網絡接口，可在系統組網時作為網絡節點;(3)可變靜態存儲控制器(FSMC)，是STM32系列采用的一種新型的存儲器擴展技術，可根據不同的外部存儲器類型通過設置進而匹配信號的速度，達到方便擴展.使用靈活的目的.系統中通過數據/地址/控制三總線方式與CPLD通信.

在多路DSC中，通過地址總線傳遞所選通道號，數據總線傳遞對應此通道相應軸角調制波的PWM 信號的占空比，控制總線傳遞相應控制信號.

2.3 CPLD電路如果利用MCU產生PWM信號，由于其需擔負大量運算工作，會增加MCU的負擔從而系統的實時性與穩定性均可能得不到保證，因此需要專門產生PWM信號的單元.CPLD是可編程邏輯器件，器件的時延特點較為固定，信號輸出穩定性及實時性均可得到保證，因此使用CPLD完成PWM信號的生成.

2.4 全橋電路及選頻電路

全橋電路由兩對互補連接的MOS管組成，具有丙類功率放大的特征，發熱低.效率高.工作時由PWM 信號驅動全橋驅動器UBA2032產生控制全橋電路橋臂開斷時間，從而產生不同有效值的電壓.50%的占空比對應調制波的零值，為了保證UBA2023的工作及MOS管的正常開斷，通常PWM 信號的頻率為20kHz,占空比在10%~90%范圍內調節.

為了使輸出信號平滑連續，在全橋電路輸出后需接LC選頻電路.通過配置LC電路的電感和電容值，可達到增強基波分量.抑制諧波分量.改進輸出精度的作用.基波頻率為50Hz,根據要求及相關實驗，可知取電感L=700μH,電容C = 25 μF, 截止頻率為：

此時可取得較好輸出效果.