DSP处理器的选择

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                    　　DSP的出现为电机控制带来了福音，它强大的功能和高运算速度使其在电机控制领域得到了广泛的应用。特别是随着控制理论的发展和高性能控制的需求，一般的单片或多片微处理器不能满足复杂而先进的控制算法时，更使得DSP成为这种应用场合的首选器件。构成永磁无刷直流电机控制器，除了微处理器外还需要专用门阵列组合，以及相应的存储器和外围芯片，这就使得芯片数量增加，软件复杂，价格提高。针对这个问题，美国AD和TI公司相继研制成功了以DSP为内核的集成电机控制芯片。这些控制器不但具有高速信号处理和数字控制功能所必需的体系结构特点，而且有为电机控制应用提供单片解决方案所必需的外围设各。
　　本设计控制器选择TI公司的TMS320LF2407A DSP芯片，它为面向控制的高速DSP，内部包含事件管理器模块、PWM通道、ADC单元和捕获单元，可以很方便的进行速度、电压、电流的检测，便于控制。
　　TMS320C2000系列DSP不但具有高性能的DSP内核，配置有高速数字信号处理的结构，而且还具有类似单片机控制的外设功能。它将数字信号处理的高速运算功能与强大的控制能力结合在一起，从而成为传统的多微处理器单元（MCU）和多片设计系统的理想替代品。另外，该DSP的执行速度为40MIPS，指令周期为25ns，提高了控制器的实时控制能力。
　　该DSP相对其他DSP芯片还有如下特点：
　　1）采用高性能静态CM0S技术，供电电压降为3.3V，减少控制器的功耗。
　　2）片内高达32K字的FLASH程序存储器，高达1.5K字的数据／程序RAM，544字双端口RAM（DRRAM）和2K字的单口RAM（SARAM）。
　　3）可扩展的外部程序存储器，总共192K字：64K字程序存储器空间，64K字数据存储器空间，64K字I／0寻址空间。
　　4）高达40个可单独编程或复用的通用输入／输出引脚（CP10）。
　　5）电源管理包括3种低功耗模式，并且能独立将外设器件转为低功耗模式。
　　DSP主要部分详细介绍如下：
　　（1）CPU部分 TMS320LF2407A DSP为定点DSP，其CPU采用了哈佛结构，可以同时进行数据和程序指令的读取，从而大大加快了程序的运行速度。CPU中包含一个硬件乘法器，可在单周期内完成16位×16位乘法指令，获得32位精度的结果。CPU还采用了硬件堆栈，缩短了CPU的中断处理时间。TMS320LF2407A DSP的上述特点，使其性能远远超过了传统的16位微处理器和微控制器，并且可以运行复杂的控制算法，如高阶PID算法、自适应Kalman滤波算法及FET算法等。
　　（2）事件管理器（Event Manager） TMS320LF2407A DSP具有两个独立的事件管理器，每个事件管理器均可以输出PWM脉冲，直接控制电机功率驱动器。其输人捕获单元还具有正交编码器接口能力，可以直接和光电码盘相连，因此TMS320LF2407A DSP极适合于电机系统的控制。此外，每个事件管理器还包括通用定时器（GP）、死区控制逻辑单元、捕获／比较单元和空间矢量PWM发生器。
　　1）通用定时器。TMS320LF2407A DSP共有4个通用定时器（每个事件管理器各有2个），它们可用于产生采样周期，为捕获单元和正交编码单元提供时基，也可用作比较输出、脉宽调制（PWM）单元及软件定时的时基。定时器的时钟源可以是内部CPU时钟，也可以是外部时钟。每一定时器各有6种计数模式：停止／保持、单向加、连续加、定向加／减、单向加／减、连续加／减。每个定时器各带一个比较逻辑单元，当定时器的计数值和比较寄存器的值相等时，比较匹配发生，从而在PWM输出引脚上产生PWM脉冲。另外，还可以设置控制寄存器CPTCON A／B中的相应位，选择当定时器计数器下溢、比较匹配或周期匹配时自动启动片内的A／D转换器。
　　2）脉宽调制（PWM）单元。PWM单元实际为输出比较单元，每个PWM输出均对应一个输出比较寄存器。通用计时器的值总是与相关的比较寄存器的值进行比较，当定时计数器的值与比较寄存器的值相等时，发生比较匹配，对应的PWM输出跳变。除通用比较输出外，每个事件管理器还包含6路专门用于电机控制的PWM发生单元。其中每两路相互关联，通过输出逻辑，可以控制这两路输出的波形相同或互补。通过死区发生单元，可以控制这两路输出的死区时间。
　　3）捕获（CAP）单元。捕获单元用于高速I／0的自动管理，可以用来计算输入信号的相位差和频率。它监视输人引脚上信号的变化，记录事件发生时的计数器值，也即记录下所发生事件的时刻。CAP模块的工作由内部定时器同步而不用CPU干预。当输入信号为周期信号时，根据捕获单元记录下的相邻周期信号的时间差，即可得到该信号的频率。同理，两个不同信号（和不同的捕获输人引脚相连接）捕获的时间差，则反映了两者之间的相位差。TMS3⒛LF2407ADSP共有6个捕获单元（每个事件管理器各有3个），每个单元各有一个两级的FIFO缓冲堆栈。
　　4）正交编码（QEP）单元。常用的位置反馈检测元件为光电编码器，它可以将电机角度和位移转化为数字信号，其输出一般包括A、B和同步信号C。A、B两路存在90°的相位差，用于判别方向和计量位移。A、B两路脉冲可以直接作为TMS320LF2407A DSP的QEP单元的输入。QEP单元中的方向判断逻辑根据两信号达到的先后顺序，可以判定出电机旋转的方向，由信号频率则可以计算出电机的转速。
　　（3）片内设定 TMS320LF2407A DSP包含有两路A／D转换器、两个串口、一个CAN总线接口和看门狗定时器。
　　1）双A／D转换器。TMS320LF2407A DSP中包含两个带采样／保持的8路10位500ns的A／D转换器，可用于并行处理模拟量，如本设计中电压反馈、电流检测、速度等。其主要包含16个模拟输入引脚（每个ADC单元包含2个），用两个ADC单元可以同时对两个模拟输入采样，可以单个转换或连续转换，转换可由软件、内部事件或外部事件启动，转换结果可以放在有两级深度的数字结果寄存器中。
　　2）看门狗定时器。看门狗定时器是一个8位增量计数器，用于增加程序运行的可靠性。在正常情况下，程序周期性地对计数器清零，若程序出错、跑飞或死机，则定时器溢出，产生复位信号，使程序重新开始运行。