DSP芯片的基本特征精.docx
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DSP芯片的基本特征精.docx
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DSP芯片的基本特征精
DSP芯片的基本特征
数字信号处理器(DigitalSignalPrcessor,是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。
自1979年诞生以来,短短二十年时间,DSP显示了巨大的应用潜力,在信号处理、通信、语言、图形图像、军事、仪器仪表、自动控制、家用电器等领域,得到广泛的应用,起着不可替代的作用,其主要应用特点是实时快速地实现各种数字信号处理算法。
DSP一般具有如下一些特点:
(1在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法;
(2程序和数据空间分离,可以同时访问指令和数据;
(3片内具有快速RAM,通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问;
(4具有低开销或大开销循环及跳转的硬件支持;
(5具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器,可以并行执行多个操作;支持流水线操作,使取值、译码和执行等操作可以重叠执行。
在自动控制系统中,DSP的高速计算能力显示了比一般微处理器更多的优点,具有广阔的应用前景。
利用DSP的高速计算能力可以增加采样速度和完成复杂的信号处理和控制算法,Kalman滤波、自适应控制矢量控制、状态观测器等复杂算法利用DSP芯片可以方便地实现。
DSP的信号处理能力还可用来减少位置、速度、磁通等传感器,无传感器运行之所以成为可能。
在自适应系统中,系统参数和状态变量通过状态观测器的计算可采用DSP有效地实现。
同样,由于高运算速度,DSP也可有效地用于神经之网络和模糊逻辑化地运动控制系统。
在实际工程应用中,DSP的高速能力还可以消除噪声污染和不精确的输入及反馈信号数据,对要求速度较快的PWM控制算如空间矢量算法。
TMS320F2812ADSP的基本特性
DSP是一种特殊用途的单片机
内核概述
TMS320F2812DSP内核采Harvard结构体系,即相互独立的数据总线,提供了片内程序存储器和数据存储器、运算单元、一个32位算术/逻辑单元、一个32位累加器、一个16位乘法器和一个16位桶形移位器组成,体系采取串行结构,运用流水线技术加快程序的运行,可在一个处理周期内完成乘法加法和移位计算,其内核计算速度为20MIPs(一个指令周期为50ns。
外设有A/D转换大容量存储器,l6位和32位的定时器比较单元、捕获单元、PWM波形发生器、高速异同步串行口和独立可编程复用I/O等组成,其中通过三个通用定时器和九个比较器的结合产生多达l2路的PWM输出结合灵活的波形发生逻辑和死区发生单元能生成对称、不对称以及带有死区时间的空间矢量PWM波形DSP芯片中集成的这些功能大大简化了整个控制系统。
此外,该DSP还具有快速的中断处理能力,及硬件寻址控制、数据指针逆序寻址等多种特有的功能,将有利于TMS320F2812A在电机控制中的作用。
DSP在电机控制中的应用
TMS320F2812A是典型的集成DSP电机控制器,已广泛运用于三相交流感应电机、永磁同步电动机、无刷直流电动机等全数矢量控制的系统中,都可获得较为理想的控制效果。
TMS320F2812A芯片特别适合于电机控制,主要得力于其功能强大的事件管理器,事件管理器具有分为十等优先级的四十个中断,其中的非法地址访问中断(IllegalAddress能够在程序“跑飞”的情况下复位芯片;PWM封锁中断(PDPINT能够在电机控制异常的情况下封锁PWM输出,保证了系统故障性处理的实时性。
事件管理器还提供了三个功能强大的l6位定时器GPTIMERx(x=l,2,3,三者可以互相独立,也可级联使用,可以多种方式产生l2路PWM信号。
DSP在电机矢量控制中所起的作用
(1接收由光学编码器输入的两相增量数字脉冲信号A、B;
a.将两相信号进行四倍频;b.形成位置信号C.形成速度信号
d.根据两相信号边沿变化的先后次序,判别电机旋转方向。
(2根据光学编码器输人的信号A、B、U、V、W粗略确定和精确确定转子磁极轴线相对于A相绕组轴线的转角。
(3速度比较,并给出转矩参数数据及作校正补偿计算。
(4接受模拟量的实际的三相电流,并将其作数字化处理,然后作三相/两相变换。
(5将电流命令信号与实际电流相比较,然后进行校正补偿处理,作三相/
两相变换。
最后确定PWM的脉宽系数,进而输出六路信号至功放级。
(6接受故障信号,执行中断,首先切断主电源,并同时中断PWM输出,发出中断命令,同时进行故障诊断,判别并输出故障种类信号至显示电路。
基于DSP的交流PMSM伺服系统
以TMS320F2812A为控制核心,以智能控制模块(IPM为功率变换装置,设计了一套完整的基于DSP的PMSM全数字交流伺服驱动系统。
整个系统由软件、硬件两大部分组成。
系统软件主要功能有:
转速调节、电流调节、矢量变换、转速及转子位置估算、电压空间矢量控制、与上位机通讯等。
TMS320F2812A是电机专用控制DSP,它集成了相当多的电机控制外围电路,这使得系统硬件设计变得非常简单。
硬件部分主要包括:
DSP最小系统、人机接口、整流逆变装置、电流检测和电平变换、光电码盘信号采集、系统保护等。
系统硬件设计
在以往,工业控制中主要是由单片机承担控制核心的任务。
随着DSP技术的发展和控制要求的提高,越来越多的工业控制产品采用DSP芯片。
目前,美国的TI公司、Motorola公司、AD公司都推出了专用于电机控制的DSP。
这一高度集成化的器件代表了传统微处理器及通用DSP处理器方案的重大突破,使电机驱动及调速控制更为简单易行。
与其它方案相比,以DSP为核心的伺服系统提供了更好的电机性能、更低的能耗、更高的可靠性及静音运行。
此类专用芯片具有很强的实时运算能力,并集成了电机控制的外围设备,使设计者只需外加较少的硬件设备即可实现电机控制系统,在提高系统性能的同时降低系统费用,大大提高了性价比。
目前,使用最多的电机专用控制DSP是TMS320X2812,X是C或F,视其是否采用了FLASH存储器。
TMS320X2812是美国TI公司推出的高性能16位数字信号处理器。
它是专门为电机的数字化控制设计的,特别适用于电机的高性能控制。
4.1TMS320F2812A的主要技术特性如下:
(1以T320C2XLP为内核,配合哈佛结构和四级流水线作业设计,指令执行速度很快。
在20MHz的内部时钟频率下,指令周期仅为50ns
(2存储器。
544x16位片内数据编程寻址RAM.16K字片内可编程ROM或闪速存储器,最大可寻址空间为224K字。
(3事件管理器模块(EV。
3个16位通用定时器,可工作于6种模式。
脉冲宽度调制电路,它由空间向量PWM电路、死区发生器和输出逻辑电路组成,可提供12路PWM输出。
正交脉冲编码电路可用于速度和位置检测。
(4其它片内外设。
双通道共32路A/D转换模块,转换精度为12位,转换时间可编程设置,最短为6.6?
S。
56脚可独立编程复用I/0口。
基于锁相环(PLL的时钟模块使外部只要具有2-32MHz.晶体振荡器即可产生所需的CPU时钟。
SCI串行通讯模块可实现与上位机之间的通讯。
SPI外围设备接口模块。
(5灵活简洁的指令集。
可在单周期内完成16X16位乘法运算和后续的加、减操作。
(6四种低功耗运行模式,采用基于JTAG扫描的仿真技术。
(7中断资源丰富,提供了三种8级可屏蔽中断,外部中断为边沿中断。
DSPbasicfeaturesofthechip
DigitalSignalPrcessorisaparticularlysuitableforoperationindigitalsignalprocessingmicroprocessor.Sinceitsbirthin1979,Just20years,DSPshowsgreatpotential,insignalprocessing,communication,language,graphicimages,military,instrumentation,automaticcontrol,homeappliancesandotherareas,awiderangeofapplications,playsanirreplaceablerole,whosemainfeaturesarereal-timeandquicklyrealizeallkindsofdigitalsignalprocessingalgorithms,DSPtypicallyhavethefollowingcharacteristics:
(1Inoneinstructioncyclecanbecompletedwithinamultiplyandanadd:
(2Separateprogramanddataspace,whocansimultaneouslyaccesstheinstructionsanddata:
(3RAMwithfast,canusuallybeobtainedbyaseparatedatabusintwosimultaneousaccess:
(4Withlowoverhead,oroverheadloopsandjumpstohardwaresupport:
(5Single-cycleoperationbymorethanonehardwareaddressgenerators,youcanexecutemultipleoperationsinparallel:
Supportpipelining,sofetch,decode,andexecutesuchoperationscanoverlapexecution:
Intheautomaticcontrolsystem,DSPhigh-speedcomputingpoweradvantagesofmoreshowsthantheaveragemicroprocessor,hasbroadapplicationprospects.UsingDSP,high-speedcomputingpowercanincreasethesamplingrateandcompletealgorithmforcomplexsignalprocessingandcontrol,Kalmanfilteringandadaptivecontrolofvectorcontrol,aStateobservercomplexalgorithmusingDSPchipscanbeeasily.DSPsignalprocessingcapabilitycanalsobeusedtoreducetheposition,velocity,magneticfluxsensors,sensorlesscontrolispossible.Inadaptivesystems,systemparametersandstatevariablesandStateobserverscalculusDSPcanbeusedeffectivelytoachieve.Also,duetothehighprocessingspeed,DSPcanalsobeeffectivelyusedforneuralnetworksandfuzzylogicinmotioncontrolsystems.Inpracticalengineeringapplication,DSP,high-speedcapabilitycaneliminatenoisecontaminationandinaccuratedatainputandfeedbacksignals,torequirefasteralgorithmofPWMspacevectorcontrolseemlike.
TMS320F2812ADSP’sbasiccharacteristic.
DSPwasaspecial-purposeMCU
TMS320F2812DSPkernelminingHarvardstructuresystem,thatmutualindependentofdatabus,provideshastabletswithinprogrammemoryanddatamemory,andoperationunit,anda32bitarithmetic/logicunit,anda32bitaddedplayers,anda16bitmultiplicationplayersanda16bitbarrelsshapedshiftplayerscomposed,systemtakeserialstructure,usinglinetechnologyacceleratedprogramofrun,caninaprocessingcyclewithincompletedmultiplicationadditionandshiftcalculation,itskernelcalculationspeedfor20MIPs(aadirectivecyclefor50NS.OutsidehasA/Dconversionbigcapacitymemory,L6bitand32bitoftimercomparisonunit,andcapturedunit,andPWMwaveformgenerator,andhigh-speedISOsynchronizationserialmouthandindependentcanprogrammingcomplexwithI/O,composed,whichthroughthreeageneraltimerandnineacomparisonplayersofcombinesproducesuptoL2roadofPWMoutputcombinesflexibleofwaveformoccurredlogicanddieddistrictoccurredunitcangeneratedsymmetric,andnotsymmetricandwithdieddistricttimeofspacevectorPWMwaveformDSPchipintegratesthesefeaturesgreatlysimplifytheentirecontrolsystem.Inaddition,theDSPalsohavefastinterrupthandlingcapability,andcontrolhardwareaddressing,datapointers,addressingavarietyofuniquefeaturessuchasinreversechronologicalorder,willbenefitthe
TMS320F2812Aroleinmotorcontrol.
IntheapplicationofmotorcontrolofDSP
TMS320F2812AisthetypicalintegratedDSPcontroller,hasbeenwidelyusedinthree-phaseACinductionmotor,brushlessDCmotors,permanentmagnetsynchronousmotorvectorcontrolsystemfull,haveaccesstobettercontrol.TMS320F2812Achipisespeciallysuitableformotorcontrol,largelybecauseofthepowerfuleventManager,eventManagerisdividedinto40tenpriorityinterrupts,whereillegaladdressaccessbreak(IllegalAddressintheprogram"runaway"resetchip;PWMblockedinterrupt(PDPINTcanbeblockedwithabnormalmotorcontrolPWMoutput,ensuringthesystemprocessedinrealtime.EventManagerprovidesthreepowerfulL6-bittimerGPTIMERx(x=l,2,3,threeindependentlyofeachother,canalsobecascadedcanL2channelPWMsignalsproducedbyavarietyofways.
DSPplaysaroleinmotorvectorcontrol
(1Receivedbytwo-phaseopticalencoderinputincrementalDigitalpulsesignala,b;
A.Twophasefourtimestimesthefrequencysignals;B.formationpositionc.formationratesignal;D.Prioritiesaccordingtothetwo-phasesignaledge,distinguishingthemotordirectionofrotation.
(2Ofgoodspeoplearebasedonopticalencodersignalsa,b,u,v,wtoroughtoidentifyandaccuratelydeterminetheaxisrelativetotheaxisofaphasewindingofrotormagneticpolerotation.
(3Speedandtorquecalculationparameterdataandmakecorrectionstocompensate.
(4Acceptedthethree-phasecurrentofanaloganddigitalprocessingtomakeit,thenathree-phase/phasetransformations.
(5Thecurrentcommandsignalsarecomparedtoactualcurrent,compensationandcorrection,forthree-phase/phasetransformations.FinalizationofthePWMpulsewidthcoefficientandoutputsix-levelsignaltotheamplifier.
(6Acceptfailuresignal,executionbreaks,firstcutoffmainspower,andalsointerruptthePWMoutput,issuingtheinterruptcommand,andwhiletroubleshooting,identifyingandtroubleshootingoutputsignaltothedisplaycircuit.
ACPMSMservosystembasedonDSP
ToTMS320F2812Acontrolcoreforanintelligentcontrolmodule(IPMforpowerconversiondevices,hasdesignedacompletesetoffulldigitalACPMSMservosystembasedonDSP.Thesystemconsistsofhardwareandsoftwareconsistsoftwomainparts.Systemsoftwaremainfeatures:
speedregulation,currentregulation,vectortransformation,rotationspeedandrotorpositionestimationofvoltagespacevectorcontrol,andPCcommunications.TMS320F2812AisthemotorspecialDSP,Itincorporatesaconsiderablenumberofmotorcontrolperipheralcircuitry,whichmakeshardwaredesignbecomesverysimple.Hardwareincludes:
DSPminimumsystem,humanmachineinterfaces,Rectifierinverters,currentdetectionleveltransformand,photoelectricencodersignalacquisition,systemprotectionandsoon.
systemhardwaredevising
Inthepast,mainlybornebythemonolithicindustrialcontrolscontrolcoretasks.WiththedevelopmentofDSPandcontrolrequirementsincrease,agrowingnumberofindustrialcontrolproductsusingDSPchip.Atpresent,theUnitedStatesTIcompany,Motorola,ADfirmshaveintroduced
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