基于ARM7和DSP的逆變電源設計研究

2. 1 DSP 控制模塊

該模塊是逆變信號產(chǎn)生及反饋檢測調整模塊， 核心是一片C2000 系列高性能DSP 處理器TMS320F2808（以下簡稱F2808） , F2808 產(chǎn)生的SPWM 信號經(jīng)過CPLD 進行邏輯延時移相形成三相逆變器IGBT控制信號。F2808 是德州儀器（ TI） 公司的一款高速DSP芯片， 最高運行速度可達100 MIPS, 為適應工控強干擾環(huán)境， F2808 內(nèi)部集成了增強型輸入捕獲單元（ eCAP） 和帶死區(qū)控制功能的輸出比較PWM 產(chǎn)生單元（ ePWM） ,12 位16 通道快速ADC 單元； 內(nèi)核支持用于定點DSP實現(xiàn)浮點運算的IQ 變換函數(shù)庫； 還有諸如SCI, SPI,eCAN 等豐富而通用的外設接口。如圖2 所示， 設計中F2808 的主要任務是監(jiān)控IPS 功率部分的開關狀態(tài)和動作， 根據(jù)逆變器和負載狀態(tài)反饋調整3 路SPWM波形的輸出，電池充電脈沖控制。DSP 輸出的3 路SPWM 信號直接送給CPLD，經(jīng)過CPLD 的等間隔脈沖延遲移相作為逆變器產(chǎn)生U, V, W 三相電的控制波形。

圖2 DSP 控制模塊框圖

2. 2 人機交互全局控制模塊

人機交互控制模塊是此IPS 設計中最為復雜的數(shù)字化管理模塊， 它不僅監(jiān)測和管理逆變系統(tǒng)的運作， 還要保證IPS 控制器與外界的通信。設計中要求人機交互模塊能處理復雜的任務調度和很強的突發(fā)訪問（ 中斷） 處理， 這就必須有較高運行速度；模塊內(nèi)部還要有豐富的擴展接口提供IPS 與外部即時通信； 具備優(yōu)越的總線控制和訪問機制等。綜合考慮上述需求， 設計中選擇了意法半導體（ ST ） 公司推出的最新32 位單片機STM32F103ZET6 （ 以下簡稱ST M32） 。ST M32 是基于ARM7 Co rtexM3 內(nèi)核架構的高速高性能嵌入式控制芯片， 擁有72 MHz 內(nèi)核工作頻率和1. 25 DMIPS/ MHz的指令流水處理速度； 先進的總線結構和多達16 級的帶DMA 功能搶占中斷機制（ NIVC） [ 10] 。如圖3 所示，設計中ST M32 通過SCI 接口及1 根中斷請求/ 接收線與DSP 2808 進行通信； 利用片上擴展的其中2 個SCI 口分別作為RS 232 和RS 485通信協(xié)議口； CAN 總線接口和U SB 總線通過共享數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和中斷向量入口與外界互聯(lián)通信；通過STM32 的26 位地址總線和16 數(shù)據(jù)總線擴展外掛256 KB SRAM 和4 MB N OR FLASH, 以及8 位數(shù)據(jù)口的LCM 模塊RA8806 以及用于SNMP 的16 位并行數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)芯片W5100; 啟用ST M32 的SDIO 總線以啟用用戶插入SD 卡存儲查詢IPS 狀態(tài)數(shù)據(jù)功能； 啟用現(xiàn)場環(huán)境下獨立時鐘看門狗電路和STM32 特有的窗口看門狗；啟用內(nèi)部芯片溫度傳感器采樣監(jiān)控， RC時鐘源以及外部喚醒功能； 通過通用引腳接入DS18B20 溫度傳感器對環(huán)境溫度的采樣， 預留I2 C 方式E2PROM 和SPI 方式的DA TA FLASH 接口為產(chǎn)品后續(xù)升級開發(fā)做準備。

圖3 STM32 模塊組成框圖