DSP和和ARM的音圈电机伺服控制系统设计的音圈电机伺服控制系统设计
给出了一种基于数字信号处理器DSP和嵌入式ARM微处理器的双核架构，采用典型的直流PWM功率驱动电路，
构成数字化的音圈电机伺服控制系统的设计方法。DSP主要完成系统初始化、位置环算法计算等；ARM主要完
成PWM波产生、A/D采集、以太网通信、与DSP之间的数据交换等。
为满足项目在控制性能和通信方式等方面的要求，提出了一种基于浮点DSP和ARM的音圈电机双核驱动控制器硬件结构，用
于实现激光定位和扫描用音圈电机的位置伺服控制。根据DSP和ARM的特点，对其进行功能划分和详细的设计。
1 系统硬件结构
驱动控制器采用DSP+ARM的结构，与信号采集电路和功率驱动电路配合共同完成音圈电机的驱动控制。选用TI公司的32位浮
点型DSP TMS320F28335作为主处理器，最高工作频率为150 MHz；选用ST公司的32位互联型产品ARM核STM32F107作为
协处理器，最高工作频率为72 MHz。选用高性能的集成H桥芯片LMD182000，结合其外围电路构成功率驱动电路部分。选用
集成芯片，一方面可以简化电路的设计；另一方面还可以提高电路设计的可靠性。位置信号检测选用光耀博晨公司的20位绝
对式旋转编码器BCE105AK25M，分辨率为7.5角秒。系统的硬件结构图如图1所示。
2 系统设计
根据系统的要求以及DSP和ARM各自的特点，为了充分利用其资源，对系统进行了详细的功能划分和模块化设计。
2.1 系统功能划分
本课题来源于“地下金属矿设备精确定位与智能导航”项目，拟通过二维激光定位和导航基站对地下金属矿设备进行精确定位和
导航，音圈电机用于二维基站俯仰方向激光的定位和扫描。系统除了要完成音圈电机的驱动控制，还需要完成水平方向电机的
位置环控制算法，并与地下金属矿设备（以下简称上位机）之间进行以太网数据交换。课题中，音圈电机的型号为
VARS002203200A，主要参数如下：总行程为32°，最大输出转矩为0.22 N·m，最大电流为1.4 A，最大电压为15.5 V。
TMS320F28335是32位浮点型数字处理器，指令周期约为6.67 ns，适合复杂高速的计算。STM32F107是意法半导体的互联
型系列微控制器产品，集成了很多高性能工业标准接口。其中，包括两个12位A/D(模数)转换器、1个以太网10/100 Mbps
MAC模块 、3个SPI接口。系统中DSP主要完成系统初始化、位置控制算法，ARM主要完成PWM波产生、A/D采集控制、电
流环计算、以太网通信、电机限位和过流保护，以及DSP之间的数据交换等。从DSP的角度，ARM可以看做是其协处理器。
系统控制功能划分图如图2所示。
2.2 ARM功能设计
根据2.1节中的功能划分，来介绍ARM部分功能模块的设计。
2.2.1 PWM模块设计
STM320F107[6]具有一个16位的可产生电机控制PWM波的定时器，能设置死区时间，同时还能进行急停处理，因此采用
STM320F107定时器模块的增减计数器、比较寄存器和比较器来实现PWM波的产生。为了防止功率驱动电路中上下管直通造
成电源短路，可以通过配置定时器模块的死区寄存器，在PWM信号中加入死区，使同相的上下桥臂驱动信号错开一个死区时
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