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          高性能數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A及應(yīng)用

          作者: 時間:2010-07-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1 引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/257937.htm

            (DSP)已經(jīng)發(fā)展了20多年,最初僅在信號處理領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。近年來, 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,其高速運(yùn)算能力使很多復(fù)雜的控制算法和功能得以實(shí)現(xiàn),同時將實(shí)時處理能力和控制器的外設(shè)功能集于一身,在控制領(lǐng)域內(nèi)也得到很好的應(yīng)用。數(shù)字控制系統(tǒng)克服了模擬控制系統(tǒng)電路功能單一、控制精度不高的缺點(diǎn),它抗干擾能力強(qiáng),可靠性高,可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制,增強(qiáng)了控制的靈活性。

            是美國TI公司推出的新型高性能16位定點(diǎn),它專門為數(shù)字控制設(shè)計(jì),集DSP的高速信號處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路于一體,在數(shù)字控制系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用 [1]。本文介紹其體系結(jié)構(gòu)、功能特性及其在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用,為數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

            2 體系結(jié)構(gòu)和功能特性

            2.1 系統(tǒng)組成

            系統(tǒng)組成包括:40MHz、40MIPS的低電壓3.3V CPU、片內(nèi)存儲器、事件管理器模塊、片內(nèi)集成外圍設(shè)備[2]。其體系結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

            2.2 CPU及總線結(jié)構(gòu)

            的CPU是基于TMS320C2XX的16位定點(diǎn)低功耗內(nèi)核。體系結(jié)構(gòu)采用四級流水線技術(shù)加快程序的執(zhí)行,可在一個處理周期內(nèi)完成乘法、加法和移位運(yùn)算。其中央算術(shù)邏輯單元(CALU)是一個獨(dú)立的算術(shù)單元,它包括一個32位算術(shù)邏輯單元(ALU)、一個32位累加器、一個16×16位乘法器(MUL)和一個16位桶形移位器,同時乘法器和累加器內(nèi)部各包含一個輸出移位器。完全獨(dú)立于CALU的輔助寄存器單元(ARAU)包含八個16位輔助寄存器,其主要功能是在CALU操作的同時執(zhí)行八個輔助寄存器(AR7至AR0)上的算術(shù)運(yùn)算。兩個狀態(tài)寄存器ST0 和ST1用于實(shí)現(xiàn)CPU各種狀態(tài)的保存。

            TMS320LF2407A采用增強(qiáng)的哈佛結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)部具有六條16位總線,即程序地址總線(PAB)、數(shù)據(jù)讀地址總線(DRAB)、數(shù)據(jù)寫地址總線(DWAB)、程序讀總線(PRDB)、數(shù)據(jù)讀總線(DRDB)、數(shù)據(jù)寫總線(DWEB),其程序存儲器總線和數(shù)據(jù)存儲器總線相互獨(dú)立,支持并行的程序和操作數(shù)尋址,因此CPU的讀/寫可在同一周期內(nèi)進(jìn)行,這種高速運(yùn)算能力使自適應(yīng)控制、卡爾曼濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等復(fù)雜控制算法得以實(shí)現(xiàn)。

            2.3 存儲器配置

            TMS320LF2407A地址映象被組織為三個可獨(dú)立選擇的空間:程序存儲器(64K)、數(shù)據(jù)存儲器(64K)、輸入/輸出(I/O)空間(64K)。這些空間提供了共192K字的地址范圍。

            其片內(nèi)存儲器資源包括:544字×16位的雙端口數(shù)據(jù)/程序DARAM、2K字×16位的單端口數(shù)據(jù)/程序SARAM、片內(nèi)32K×16位的Flash程序存儲器、256字×16位片上Boot ROM、片上Flash/ROM具有可編程加密特性。

            TMS320LF2407A的指令集有三種基本的存儲器尋址方式:立即尋址方式、直接尋址方式、間接尋址方式。

            2.4 事件管理器模塊

            TMS320LF2407A包含兩個專用于電機(jī)控制的事件管理器模塊EVA和EVB,每個事件管理器模塊包括通用定時器(GP)、全比較單元、正交編碼脈沖電路以及捕獲單元。

           ?、?通用定時器。TMS320LF2407A共有四個16位通用定時器,可用于產(chǎn)生采樣周期,作為全比較單元產(chǎn)生PWM輸出以及軟件定時的時基。通用定時器有四種可選擇的操作模式:停止/保持模式、連續(xù)增計(jì)數(shù)模式、定向增/減計(jì)數(shù)模式和連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式。每個通用定時器都有一個相關(guān)的比較寄存器TxCMPR和一個PWM輸出引腳T xPWM。每個通用定時器都可以獨(dú)立地用于提┮桓鯬WM輸出通道,可產(chǎn)生非對稱或?qū)ΨQPWM波形,因此,四個通用定時器最多可提供4路PWM輸出。

           ?、?全比較單元。每個事件管理器模塊有3個全比較單元(1、2和3(EVA); 4、5和6(EVB)),每個比較單元各有一個 16位比較寄存器 CMPRx,各有兩個CMP / PWM輸出引腳,可產(chǎn)生2路 PWM輸出信號控制功率器件,其輸出引腳極性由控制寄存器 (ACTR)的控制位來決定,根據(jù)需要,選擇高電平或低電平作為開通信號,通過設(shè)置T1為不同工作方式,可選擇輸出對稱PWM波形、非對稱PWM波形或空間矢量PWM波形。

            死區(qū)控制單元 (DBTCON)用來產(chǎn)生可編程的軟件死區(qū),使得受每個全比較單元的兩路CMP / PWM輸出控制的功率器件的間次開啟周期間沒有重疊,最大可編程的軟件死區(qū)時間達(dá)16μs。

           ?、?正交編碼脈沖電路。正交編碼脈沖(QEP)電路可以對引腳CAP1/QEP1和CAP2/QEP2上的正交編碼脈沖進(jìn)行解碼和計(jì)數(shù),可以直接處理光電編碼盤的2路正交編碼脈沖,正交編碼脈沖包含兩個脈沖序列,有變化的頻率和四分之一周期(90°)的固定相位偏移,對輸入的2路正交信號進(jìn)行鑒相和4倍頻。通過檢測2路信號的相位關(guān)系可以判斷電機(jī)的正/反轉(zhuǎn),并據(jù)此對信號進(jìn)行加/減計(jì)數(shù),從而得到當(dāng)前的計(jì)數(shù)值和計(jì)數(shù)方向,即電機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)向,電機(jī)的角速度可以通過脈沖的頻率測出。

           ?、?捕獲單元。捕獲單元用于捕獲輸入引腳上信號的跳變,兩個事件管理器模塊總共有六個捕獲單元。EVA模塊有三個捕獲單元引腳CAP1、CAP2和CAP3,它們可以選擇通用定時器1或2作為時基,但CAP1和CAP2一定要選擇相同的定時器作為時基;EVB模塊也有三個捕獲單元引腳CAP4、 CAP5和CAP6,它們可以選擇通用定時器3或4作為時基,但CAP4和CAP5一定要選擇相同的定時器作為時基。每個單元各有一個兩級的FIFO緩沖堆棧。當(dāng)捕獲發(fā)生時,相應(yīng)的中斷標(biāo)志被置位,并向CPU發(fā)中斷請求。


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