采用電力電子應用平臺DSP通用板的設計原理

2.2 DSP56F803通用板主要功能模塊的設計

2.2.1脈寬調(diào)制模塊PWM。PWM模塊主要用于電力電子變流器開關器件的控制以及各種電機控制。模塊有六路輸出通道，它們可以根據(jù)需求在軟件中被配置成3對互補對；2對互補對和2路獨立通道；1對互補對和4路獨立通道；6路獨立通道。在互補操作方式下，允許可編程死區(qū)時間的插入，以防止上下橋臂的貫穿短路。PWM的頻率和占空比連續(xù)可調(diào)，通過電流傳感器的輸出波形扭曲校正和獨立得頂、底輸出引腳極性控制，可以實現(xiàn)無級變頻。

2.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC。ADC可以用于采樣各種電流、電壓、轉(zhuǎn)速等信號。ADC包括8路輸入通道和兩個獨立的采樣保持電路,轉(zhuǎn)換精度為12位。轉(zhuǎn)換過程可以被同步信號觸發(fā)，也可以被控制寄存器的START位寫操作觸發(fā)。輸入模式可以分為單邊輸入和差分輸入。

2.2.3 串行通信模塊SCI。SCI是全雙工異步通訊接口，使用標準不歸零NRZ數(shù)據(jù)格式，可編程選擇8位或9位數(shù)據(jù)格式，功能獨立的SCI發(fā)送器和接收器以及中斷請求。雖然大多數(shù)PC機都采用RS-232接口，但是它的傳輸距離只有50英尺左右，通用板采用RS-485差分通信，提高抗干擾能力，最大傳輸距離可以達到4000英尺以上，適用于遠程監(jiān)控。這樣PC機或其它DSP板就可以通過隔離的485與通用板進行通信了。

2.2.4 定時器模塊TIMER。定時器的兩個主要功能：定時觸發(fā)一定的事件；記錄兩個外部事件之間所經(jīng)歷的內(nèi)部時鐘周期數(shù)，也就是得到外部事件的時間周期。因此接口可用于各種信號的過零點檢測,用于并網(wǎng)運行的各種裝置時，可以檢測電網(wǎng)的過零點和周期。

2.2.5 由于電力電子一般只需要故障數(shù)據(jù)，本文就沒有通過總線外擴存儲器，只通過兩個通用輸入/輸出口擴展了64K鐵電非易失性存儲器FM24CL64。FM24CL64是8192x8bit的結(jié)構(gòu)，允許連續(xù)讀寫和隨機讀寫，讀寫沒有延遲，高可靠性的鐵電物質(zhì)，存儲時間長到45年。本文還擴展了實時時鐘X1226，這樣在記錄故障數(shù)據(jù)的同時記錄故障發(fā)生的時間，以便分析故障時使用。X1226帶有兩個報警器和512字節(jié)的電可擦除只讀寄存器，內(nèi)部集成晶振補償電路和電池后備，編程可以控制PHZ/IRQ引腳輸出報警信號或與時鐘頻率相關的三種不同頻率的信號。

2.2.6為了防止電源低電壓，本文采用了電源電壓監(jiān)測芯片MAX706RESA，它檢測電路在上電和電源電壓低時都發(fā)出復位信號使整個系統(tǒng)復位，同時還具有看門狗定時器功能，在1.6s內(nèi)DSP的WDI引腳電平不翻轉(zhuǎn)，就會給DSP發(fā)一個可靠復位信號，增強了抗干擾能力。

2.3 DSP56F803與XC95XL144的接口的設計

本文在安排XC95XL144引腳時遵循的主要原則是電氣特性相似的同一組輸入輸出口盡量放在同一個宏單元，排列順序根據(jù)布線方便為原則。通用板DSP56F803與XC95XL144的接口包括：數(shù)據(jù)選擇線DS、低位數(shù)據(jù)線D0-D7、低位地址線A0-A3以及A6 作為XC95XL144的復位控制端、六路PWM輸出信號以及三路出錯保護引腳PWMFAULTA0- PWMFAULTA2、外中斷IRQA和IRQB。這里只介紹一下XC95XL144的通用功能，其它具體的功能要根據(jù)具體的電力電子應用需求來修改VHDL語言程序。

DSP56F803的地址線A6模式設置為通用輸入輸出口，作為XC95XL144的復位控制RESET，當RESET置低時，XC95XL144復位，輸出口置為低電平（高電平有效）。DSP56F803的六路PWM輸出作為XC95XL144的輸入與它連接，對應有六個輸出口，可對它們進行一定的邏輯操作后輸出，這樣可應用于更廣泛的控制場合。電力電子主電路部分的過壓、過流信號輸入到CPLD，經(jīng)過一定的邏輯，觸發(fā)DSP外中斷IRQA、IRQB或PWM出錯保護引腳PWMFAULT來實現(xiàn)保護功能。DSP56F803的數(shù)據(jù)選擇線DS連在XC95XL144，與低位地址線配合，控制4組每組8路輸入輸出口的讀寫操作。在使用輸入輸出口時一般都確定了具體是輸入還是輸出，因此本文設計時為提高穩(wěn)定性，確定其中兩組輸入口和兩組輸出口。

3 軟件設計

對于DSP56800系列產(chǎn)品，Motorola提供兩種軟件開發(fā)工具:一個是Codewarrior集成開發(fā)環(huán)境,是一種可靠的用語交叉匯編、交叉C編譯、鏈接和調(diào)試的開發(fā)工具。Metrowerks公司屬Motorola，它的Codewarrior集成開發(fā)環(huán)境包含了一個可視化的工程創(chuàng)建和管理系統(tǒng)，對源代碼文件和庫進行全面的管理，降低了工程的復雜性。另外一種是軟件開發(fā)工具Embedded SDK，它并不是DSP開發(fā)必需的，但是它可以大大的減輕開發(fā)工作的難度，加快開發(fā)的速度。對于DSP外設的各模塊的子程序的編寫采用Embedded SDK很容易掌握，這里就不詳細介紹了。

對于CPLD，本文首先采用Xilinx Foudation3.li軟件編譯仿真。通過低位地址選擇和地位數(shù)據(jù)線實現(xiàn)對兩組輸入、輸出口控制部分的源程序如下：

PROCESS(RD,RESET) //讀進程

BEGIN

IF(RESET=’1’ )THEN //復位信號

internal_bus_in="ZZZZZZZZ";//內(nèi)部總線信號

ELSIF( RD=’0’)THEN

IF(A0=’0’ AND A1=’0’)THEN //地址選擇

internal_bus_in=IOA;

ELSIF( A1=’0’ AND A0=’1’)THEN

internal_bus_in=IOB;

END IF;

ELSE

internal_bus_in="ZZZZZZZZ";

END IF;

D=internal_bus_in;

END PROCESS;

PROCESS(WRR,RESET) //寫進程

BEGIN

IF(RESET=’1’) THEN

IOC="00000000";

IOD="00000000";

ELSIF( WR’EVENT AND WR=’1’) THEN

IF( A0=’0’ AND A1=’0’) THEN

IOC=D;

ELSIF(A1=’0’ AND A0=’1’) THEN

IOD=D;

END IF;

END IF;

END PROCESS;

在進行DSP和CPLD綜合調(diào)試時，針對DSP56F803對XC95XL144輸入輸出口的讀寫，本文根據(jù)DSP56800系列匯編指令集，開發(fā)了對CPLD I/O 讀寫操作的SDK軟件包，對相應的I/O口讀寫只需簡單的調(diào)用軟件包程序。

4 結(jié)束語

本文設計的基于電力電子應用平臺的DSP通用板，DSP的各外設擴展功能模塊已經(jīng)在DSP56800的軟件開發(fā)工具Embedded SDK基礎上，通過編寫一些小程序調(diào)試完畢。XC95XL144在Xilinx Foudation 3.li軟件仿真通過后，進行綜合試驗，然后燒入芯片進行實驗，并根據(jù)實際運行情況，對程序進行了改進。本文作者創(chuàng)新點是開發(fā)了DSP對CPLD 四組I/O口讀寫操作的SDK軟件包并完成了DSP和CPLD的綜合調(diào)試，提高了通用板的靈活性。