首页 | 期刊简介 | 编辑部 | 广告部 | 发行部 | 在线投稿 | 联系我们 | 产品信息索取
2024年3月28日星期四
2011年第01期
 
2010年第12期
 
2010年第11期
2010年第11期
 
2010年第10期
2010年第10期
 
2010年第09期
2010年第09期
 
2010年第09期
2010年第08期
 
2010年第07期
2010年第07期
 
2010年第06期
2010年第06期
 
2010年第05期
2010年第05期
 
2010年第04期
2010年第04期
 
2010年第03期
2010年第03期
 
2010年第02期
2010年第02期
 
2010年第01期
2010年第01期
 
2009年第12期
2009年第12期
 
2009年第11期
2009年第11期
 
2009年第10期
2009年第10期
 
2009年第9期
2009年第9期
 
2009年第8期
2009年第8期
 
2009年第7期
2009年第7期
 
2009年第6期
2009年第6期
 
2009年第5期
2009年第5期
 
2009年第4期
2009年第4期
 
2009年第3期
2009年第3期
 
2009年第2期
2009年第2期
 
2009年第1期
2009年第1期
 
2008年第12期
2008年第12期
 
2008年第11期
2008年第11期
 
2008年第10期
2008年第10期
 
2008年第9期
2008年第9期
 
2008年第8期
2008年第8期
 
2008年第7期
2008年第7期
 
2008年第6期
2008年第6期
 
2008年第5期
2008年第5期
 
2008年第4期
2008年第4期
 
2008年第3期
2008年第3期
 
2008年第2期
2008年第2期
 
2008年第1期
2008年第1期
基于双DSP的磁悬浮控制器的设计

The Design of Magnetic Levitation Controller Based on Double DSP

国防科学技术大学磁悬浮中心 邹东升 佘龙华


摘 要:本文介绍了目前最热门的浮点DSP芯片TMS320VC33和TMS320F2812,并基于该芯片搭建了磁悬浮控制器试验平台。在该试验平台的基础上,设计并完成了检测平台可靠性的试验。

关键词:数字信号处理器;外围接口;联合测试行为组织


引言

DSP芯片是专门为快速实现各种数字信号处理算法而设计的,具有特殊结构的微处理器。随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展,数字信号处理技术已经逐渐发展成为一门关键的技术学科。在当今的数字化时代背景下,DSP已成为通信、计算机、控制器类产品等领域的基础器件,已成为信息社会革命的标志。在国外,DSP芯片已经广泛地应用于当今技术革命的各个领域;在国内,DSP技术也正以极快的速度应用在通信、自动控制、军事、医疗器械等许多领域中。因此基于DSP技术的开发应用正成为数字时代的应用技术潮流。本文介绍TI公司的DSP TMS320VC33和TMS320F2812在磁悬浮系统中的典型应用。


芯片介绍

TMS320VC33内部包含了2K 32位的快速RAM块。分开的程序总线、数据总线和DMA总线使得取指、读写数据和DMA操作可同时进行。24位地址线,32位数据线,最高75MHz主频以其大容量、高精确度、高速度,使得一般的数据处理可以毫无限制的运行。标准JTAG线使得加载程序、在线调试都非常方便。此外,丰富的指令系统,灵活的程序控制,多样的寻址方式使得软件编程非常方便。

TMS320F2812芯片有18K RAM,128K FLASH,16通道的PWM,16通道12位ADC,3个定时器,19位地址线,16位数据线。串行口有CAN,McBSP,SPI,2 SCI。

由以上两个芯片的功能可以看到,TMS320VC33的计算功能是非常强大的,而TMS320F2812在管理功能以及电机控制功能方面则显示了巨大的优势,如果两者强强联合所能达到的效果无疑是让人非常满意的。


硬件设计

由于在磁悬浮系统中,所要求采集的传感器信号速度、精度和相位差都非常高,MS320F2812内部的ADC虽然号称是同时采样的,但其最多只能有两路同时转换,显然不能满足磁悬浮系统中多个传感器信号无相位差采集的需求。故特别选取了TI公司的ADS7800,12位、 10V、3 s采样模数转换器,见图1。由于ADS7800是单通道的,所以可以根据需要扩展芯片,在本硬件中扩展了六片。又由于ADS7800供电电压是5V,参考电压是15V,而TMS320VC33控制电压是3.3V,故接口需要加电压转换芯片LVTH16245。因为控制系统所要求的传感器信号之间没有相位差,所以所有模数转换器必须同时转换,因此控制转换开始的信号必须是同一个信号,这可以由GAL20V8产生的地址信号来承担这一任务。同时,转换结束后的数字量又要可以分开一个个的读取,这个任务可以由GAL20V8和LVTH16245巧妙的配合来完成。

图1 ADC接口原理图(略)

在ADS7800中,可以让片选信号/CS一直有效,由GAL产生的地址信号ADC连接转换开始引脚。这样,只要由DSP向ADC所指向的地址进行写操作,所以扩展的ADS7800同时都启动了一次模数转换。由于LVTH16245的方向引脚/DIR一直接低电平,所以只要向GAL产生的地址读取数据,就可以读到相应ADS7800转换结束后的数据。而在没有选通LVTH6245的时候,GAL产生的相应地址信号是高电平,LVTH16245的总线和DSP的总线是隔离的。

GAL译码所产生的地址从XINTF Zone 2(0x080000――0x100000)开始,每个片选信号占用0x800的地址空间。

磁悬浮系统中,根据需要选择的数模转换器是TI公司的DAC7625U。虽然DAC7625供电电压是5V,但是数据的传递方向是从DSP到转换器,故不需要另加电压转换电路。DAC7625四个输出通道占用了DSP从CS7开始的四个存储单元。

双口RAM以其双接口、大容量、超高速的数据交换所提供的优势作为双DSP之间数据传递的交换场地是很好的选择。由于TMS320VC33和TMS320F2812的接口都是3.3V,故选择了3.3V的双口RAM IDT70V24,这样就不必加电压转换模块,简化了系统之间的接口,提高了可靠性,见图2。

图2 DAC7625与TMS320F2812接口黾路(略)


对于TMS320F2812,由于它有非常多的功能模块在磁悬浮控制系统的电路板中没有用,故可以把那些没有用的功能引脚作为通用输入输出引脚(GPIO),引入开关和发光二极管。为了保护处理器,加入了LVTH16245作为隔离以及方向控制芯片,开关量为输入量,发光二极管为输出量。硬件原理框图见图3。

图3 硬件原理框图(略)

TI的TPS767D318可以通过5V稳压电源,提供DSP内核所需的1.8V电压和DSP的外设及LVTH16245等芯片构成的电路所需的3.3V电压。因此对于TMS320F2812和TMS320VC33这些典型的快速、低电压DSP,可分别用两块TPS767D318来供电。而对于双口RAM块,可以用TI公司的3.3V的电源芯片7333来供电。三个比较大的芯片由三块电源芯片供电,可以有效解决功率问题,又可以使系统之间具有相对独立性,提高子系统的安全性。DAC7625所需的正负2.5V电压则由电源芯片MC1403提供。这样,目标板上的所有基本电源就可以用一个5V的稳压电源模块提供。


软件设计

试验目的:通过一个试验,同时考验扩展的模数和数模转换器及双口RAM。

试验原理:通过信号发生器产生一个正弦波,通过TMS320F2812扩展的ADS7800进行采样转换,转换结果通过双口RAM送到TMS320VC33,不经过任何处理,送还TMS320F2812,由DAC7625进行转换输出,在同一示波器上看信号是否失真。这样,模数和数模转换器以及双口RAM同时得到了检验。

为了测试双口RAM与两个DSP之间数据传递的快速性、可靠性以及对同一地址同时操作所带来的不确定性,TMS320VC33可以不停的对双口RAM进行读写数据,看双口RAM能否经得起这样的考验。而TMS320F2812定时中断,在中断服务程序内启动模数转换器,从双口RAM读取数据,对所读取的数据利用数模转换器进行数模转换。虽然双口RAM的接口和可靠性有非常多的文章都进行了描述,但经过这样的试验,双口RAM才真正的进行了强有力的检验。

根据流程图(见图4)编写程序,编译连接并通过。然后对目标板上电,通过JTAG及仿真器加载上面的程序,运行。把信号发生器所产生的正弦波和DAC转换后的信号接到示波器的两个通道上,并让两个通道并行的显示,看两个信号是否失真。

图4 TMS320F2812流程图(略)


试验结果显示(见图5):输入信号为200kHz的正弦波,输出也是200kHz的正弦波,波形并没有失真。

图5 示波器观察到的A/D-D/A输出(略)

         
版权所有《世界电子元器件》杂志社
地址:北京市海淀区上地东路35号颐泉汇 邮编:100085
电话:010-62985649
E-mail:dongmei@eccn.com