DSP控制器應(yīng)用的4個(gè)誤解

馬達(dá)控制設(shè)計(jì)人員近來在家用電器產(chǎn)品與伺服驅(qū)動(dòng)器等各種應(yīng)用中的發(fā)展都遇到了障礙，必須在控制器性能或昂貴的價(jià)格之間進(jìn)行選擇。大多數(shù)馬達(dá)控制應(yīng)用本身成本較低。獲得市場(chǎng)接受的必需條件之一就是產(chǎn)品價(jià)格要有吸引力，這就意味著必須選擇能夠?qū)崿F(xiàn)工作目的的、從事其他作用有限的最廉價(jià)控制器?；?DSP 的智能控制器正在改變這種情況，僵局被打破，基于 DSP 的新型控制器在相當(dāng)適中的價(jià)格上實(shí)現(xiàn)了顯著的性能提高。

如電壓赫茲常量以及六步通信 (six step commutation) 等簡(jiǎn)單的控制算法難以實(shí)現(xiàn)高效率與優(yōu)化機(jī)身大小所需的性能。基于 DSP 的智能控制器在兩個(gè)方面改變了上述情況。

首先，其添加了計(jì)數(shù)能力。這使得設(shè)計(jì)人員能夠?qū)嵤┬阅芨叩目刂扑惴ǎ绱艌?chǎng)定向控制。其次，計(jì)算強(qiáng)度更高的算法還使設(shè)計(jì)人員能夠使用更高效的馬達(dá)。舉例來說，我們可用永磁馬達(dá)替代 AC 感應(yīng)馬達(dá)，這就進(jìn)一步提高了效率與動(dòng)態(tài)性能。

當(dāng)然，性能也有助于設(shè)計(jì)人員去除機(jī)械組件，采用適當(dāng)?shù)鸟R達(dá)大小，并在控制器上集成更多功能，從而優(yōu)化其系統(tǒng)成本。能夠集成諸如速度、定位、轉(zhuǎn)矩?cái)嗝嫔?(torque profile generation)、功率因素校正等更多功能的能力使設(shè)計(jì)人員能夠以更低的成本做更多的事情。

計(jì)算強(qiáng)度較大的矢量控制等先進(jìn)技術(shù)的所謂“問題”在于乘法與累加 (MAC) 運(yùn)算占據(jù)了算法的大部分。標(biāo)準(zhǔn)的 8、16 或 32 位微控制器不能處理上述運(yùn)算，因?yàn)槿鄙龠m當(dāng)?shù)目偩€架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)效率。最終，這就意味著我們必須將設(shè)計(jì)從根本上進(jìn)行轉(zhuǎn)變，不是轉(zhuǎn)變到 DSP，而是發(fā)展到基于 DSP 的 32 位控制器。

人們對(duì)采用 DSP 控制器有許多常見的誤解，這絲毫不足為奇，例如：

* DSP 控制器不具備馬達(dá)控制外設(shè)；

* 代碼密度問題使基于 DSP 的 32 位系統(tǒng)難以讓人接受；

* DSP可能會(huì)較好地適合控制算法，但卻不能很好地處理其他控制任務(wù)；

* DSP 軟件很困難，設(shè)計(jì)人員必須忍受無實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與良好的工具支持之苦。

我們不妨來討論一下上述誤解。

外設(shè)集成

在提到重載 (heavy-duty)數(shù)字信號(hào)處理時(shí)，馬達(dá)控制工程師頭腦里最先出現(xiàn)的想法可能就是善于進(jìn)行數(shù)字計(jì)算工作的 DSP 控制器了--但是如何處理通用集成的外設(shè)功能呢？

今天的馬達(dá)控制 DSP 就馬達(dá)控制應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，片上集成脈寬調(diào)制器 (PWM)、編碼器接口、通信端口以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 等功能。其還包括了大量的快閃存儲(chǔ)器和 RAM，這就消除了對(duì)外部存儲(chǔ)器設(shè)備的需求。

代碼密度

事實(shí)上，傳統(tǒng)的 32 位微控制器架構(gòu)在代碼密度上有內(nèi)在的弱點(diǎn)，這對(duì)存儲(chǔ)器容量有限的低成本應(yīng)用而言是關(guān)鍵性問題。

新型 32 位 DSP 架構(gòu)采用經(jīng)過認(rèn)真選擇的 16 位與 32 位指令混合，實(shí)現(xiàn)了最佳的代碼密度。僅在需要時(shí)才使用 32 位指令。

以控制為導(dǎo)向的架構(gòu)

最佳的 32 位 DSP 控制器帶有原子讀取-修改-寫入指令等功能，可簡(jiǎn)化編程，其中斷等待時(shí)間也較短，不足 100 納秒，從而實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)性超強(qiáng)的 CPU。

軟件支持

DSP 匯編程序已發(fā)展到了幾乎很少要求編寫匯編代碼的高級(jí)水平。此外，算法開發(fā)也變得簡(jiǎn)單得多。例如，德州儀器 (TI) 提供了龐大的常用算法庫，可立即運(yùn)行在其處理器上，還有 BIOS?，一種專為 DSP 優(yōu)化的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

如果需要定制算法，我們還將提供幫助。為了創(chuàng)建自己的算法，工程師可利用IQMath? 工具，該工具能夠簡(jiǎn)化定點(diǎn)計(jì)算的數(shù)學(xué)函數(shù)開發(fā)。

TI 正在實(shí)踐著摩爾定律，開展創(chuàng)新性工作，使馬達(dá)控制設(shè)計(jì)人員的任務(wù)變得更為輕松簡(jiǎn)單。