利用PSD3XX與ADMC401接口設(shè)計(jì)的無功發(fā)生器系統(tǒng)方案

隨著微機(jī)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及控制系統(tǒng)復(fù)雜性和實(shí)時(shí)性要求的不斷提高,很多控制系統(tǒng)都對高速、多功能、大容量控制器的被控對象提出了各種要求控制.尤其是在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中,系統(tǒng)需要快速地完成大量數(shù)據(jù)的采集和處理以及控制信號的接收和發(fā)送等諸多功能,這樣,一般的單片機(jī)系統(tǒng)很難滿足要求.因此,如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、合理的高性能控制系統(tǒng)已成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.

1 PSD芯片說明

對于一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng),如果采用常規(guī)的RAM、ROM和邏輯器件分離的系統(tǒng)連接方式,必定會(huì)使整個(gè)控制電路過于龐雜,從而給設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來很大的困難,同時(shí)也會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性.而美國WSI公司生產(chǎn)的可編程外圍邏輯器件PSD系列芯片內(nèi)集成有EPROM、SRAM和PLD陣列等部件,它將單片機(jī)所需的多個(gè)外圍芯片集成在一個(gè)芯片內(nèi),從而大大地簡化了硬件電路的設(shè)計(jì),減少了印制電路板的面積,縮短了開發(fā)周期.圖1是PSD3系列器件的組成結(jié)構(gòu).

從圖中可以看到PSD3XX內(nèi)部有256k位到1M位不等的EPROM,它們被均勻地分為8個(gè)相同大小的區(qū),每個(gè)區(qū)都有相應(yīng)的選擇信號,通過 PSD中PLD譯碼部分可產(chǎn)生相應(yīng)的選擇信號.還有一些主要的功能部件,如多個(gè)單獨(dú)可配置I/O端口、兩個(gè)可編程陣列(PAD A和PAD B)、16k位靜態(tài)RAM等.對于較大的系統(tǒng),還可以通過水平級聯(lián)(以增加總線寬度為特點(diǎn))或垂直級聯(lián)(以增加子系統(tǒng)深度為特點(diǎn))等方式并配置多個(gè) PSD3XX來完成.PSD3XX可以和多路復(fù)用或非多路復(fù)用總線的16位微控制器接口.并支持多種MCU,例如Intel的80196、 80386EX,Motorola的68HC16、683XX,Philips的80C51XA以及AD公司的ADSP2105等.如此大的儲存空間和功能單元極大地方便了單片機(jī)的嵌入式設(shè)計(jì),同時(shí)地為用戶提供了更為簡單靈活的解決方案.圖2是常規(guī)的單片機(jī)系統(tǒng)和由PSD組成的系統(tǒng)進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)比較的示意圖,可見運(yùn)用PSD后,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到極大簡化.

圖2 常規(guī)單片機(jī)系統(tǒng)和由PSD組成的兩片系統(tǒng)比較圖

2 ADMC401芯片說明

對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說,數(shù)字信號處理(DSP)的普遍使用正在成為一股潮流.ADMC401?1??2?芯片即是一個(gè)基于單片DSP的控制器,適合工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的高性能控制.該芯片集成了一個(gè)26MIPS定點(diǎn)內(nèi)核ADSP-2171,其編碼與ADSP-21xx DSP 系列完全兼容.該內(nèi)核具有一套完備的外圍控制接口,可以在高度集成環(huán)境中快速實(shí)現(xiàn)對元器件的控制.另外,它還包含三個(gè)計(jì)算單元、兩個(gè)數(shù)據(jù)地址發(fā)生器和一個(gè)程序定序器,其中計(jì)算單元包含一個(gè)算術(shù)邏輯單元ALU、一個(gè)乘法/累加器?MAC 和一個(gè)桶式移位器,而內(nèi)核也增加了位操作、平方、四舍五入和全局中斷屏蔽等指令.除此之外,ADMC401芯片還包括兩個(gè)靈活的雙緩沖器以及雙向同步串行口.圖3為ADMC401的功能框圖.從圖中可以看到:該芯片提供有2k×24位的內(nèi)部程序儲存器RAM、2k×24位的內(nèi)部程序存儲器ROM、 1k×16位的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、一個(gè)高性能8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC系統(tǒng)(它能經(jīng)過4對輸入實(shí)現(xiàn)雙通道同時(shí)采樣)、一個(gè)三相16位中心對稱的 PWM發(fā)生器(能以最小開銷產(chǎn)生高精度的PWM信號)、一個(gè)增量編碼器接口單元、2個(gè)可調(diào)頻的輔助PWM輸出、12條I/O數(shù)字信號線、一個(gè)雙通道事件捕獲系統(tǒng)一個(gè)16位看門狗定時(shí)器和2個(gè)16位內(nèi)部定時(shí)器等.

程序和數(shù)據(jù)RAM可以通過串行口引導(dǎo)程序裝入,內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)RAM也可以從外圍設(shè)備經(jīng)地址總線和數(shù)據(jù)總線引導(dǎo)程序裝入.此外,ADMC401芯片還可充分利用DSP內(nèi)核的地址和數(shù)據(jù)總線,同時(shí)增添了重要的外存儲器和外設(shè)擴(kuò)展能力,因而可擴(kuò)展外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量,并使得DSP內(nèi)核能夠?qū)ぶ返?4k×24 位的外部程序存儲器和13k×16 位的外部數(shù)據(jù)存儲器,從而為其與PSD接口提供方便.

圖3 單片數(shù)字信號處理(DSP)器ADMC401功能框圖

3 ADMC401與PSD311的接口設(shè)計(jì)

由于PSD3XX內(nèi)部提供了許多應(yīng)用系統(tǒng)所需要的全部元件和“外圍”,這使得設(shè)計(jì)兩片式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成為可能.對于8051,80196和 68HC11等微控制器來說,與PSD相配合是極為方便的.同樣,對于提供了外擴(kuò)程序、數(shù)據(jù)存儲空間的ADMC401來說,也可以和PSD相配合.考慮到系統(tǒng)成本,推薦使用的PSD芯片為PSD311(現(xiàn)有價(jià)格最低的產(chǎn)品).

ADMC401芯片的引導(dǎo)程序裝載可以通過引腳MMAP和BMODE的各種不同狀態(tài)來完成,如果引腳MMAP和BMODE所加的電壓都為 “0”,那么ADMC401將工作在所謂的EPROM引導(dǎo)程序模式,其中被稱為“引導(dǎo)存儲器”的專用外部存儲空間將允許芯片和字節(jié)寬度的EPROM相連, 并在上電時(shí)通過存儲器接口從外部裝載程序;而如果引腳MMAP和BMODE設(shè)置為其它電位,那么將會(huì)產(chǎn)生不同的引導(dǎo)模式.另外,ADME401芯片還有一個(gè)專門的低電平有效信號BMS(Boot Memory Select,引導(dǎo)存儲器選擇),可用于簡化引導(dǎo)存儲器的接口.以上這些功能極大地方便了ADMC401和PSD的接口設(shè)計(jì).圖4為ADMC401和 PSD311的接口電路圖(圖中還包括一些其它外圍).

圖4 ADMC401-PSD311接口電路圖

由圖可見,ADMC401與PSD311的連接幾乎和它與標(biāo)準(zhǔn)的EPROM連接一樣簡單.由于總線的通路布在ADMC401內(nèi)部,因此,PSD311的8根數(shù)據(jù)線并不是像常用的與ADMC401的D7～D0相連,而是與D15～D8相連.另外,還要注意,地址的最高位是由 ADMC401的D22線提供的(在ADMC401中沒有A14地址線).其BMS信號可用于EPROM的片選并與PSD311的A19輸入相連,A19 在PSD的程序里將被定義為芯片使能信號,而由ADMC401生成低有效讀和寫選通脈沖,它們通常與對應(yīng)于PSD311的RD和WR輸入相連,這些選通脈沖在傳輸中可用來選通PSD311的EPROM和RAM.