TMS320F2812 DSP應(yīng)用技術(shù)

前言

數(shù)字信號(hào)處理器（digital signal processor，DSP）是一種運(yùn)算速度快、處理功能強(qiáng)且內(nèi)存容量大的單片微處理器，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)、電氣設(shè)備、信號(hào)處理、通信、互聯(lián)網(wǎng)、儀器儀表和消費(fèi)電子產(chǎn)品等方面。C2000系列DSP是美國(guó)德州儀器公司（Texas Instruments Incor-poration，TI公司）TMS320 DSP的三大系列之一，它既具有一般DSP芯片的高速信號(hào)處理和運(yùn)算能力，又和單片機(jī)一樣在片內(nèi)集成了豐富的外圍設(shè)備。在C2000系列中，TI公司首先推出的是以C24x為內(nèi)核的16位定點(diǎn)DSP，典型的指標(biāo)為：40MIPS（每秒百萬(wàn)條指令），16～64KB Flash，10bit AIX，典型的代表是TMS320LF2407A。隨著DSP芯片應(yīng)用的不斷普及和深入，新的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)它的性能提出了更高的要求。于是，TI公司推出了以C28x為內(nèi)核的32位定點(diǎn)DSP，一般用TMS320C28x來(lái)統(tǒng)稱這一代芯片。目前這一代芯片分為兩個(gè)子系列：TMS320X281x（X可以取F、C和R，x可以取0、1和2）和TMS320F280x（x可以取1、6和8）。具體型號(hào)包括TMS320F2811、TMS320F2812、TMS320C2810、TMS320C2811和TMS320C2812等。TMS320F281x表示含有Flash的器件，TMS320C281x表示含有ROM的器件。該類(lèi)芯片每秒可執(zhí)行1.5億次指令（150MIPS）、具有單周期32位×32位的乘和累加操作（MAC）功能。TMS320F281x片內(nèi)集成了128K／64K×16位的閃速存儲(chǔ)器（Flash），可方便地實(shí)現(xiàn)軟件的升級(jí)。此外，片內(nèi)還集成了豐富的外圍設(shè)備，有采樣頻率達(dá)12.5MSPS的12位16路模／數(shù)轉(zhuǎn)換器、面向電機(jī)控制的事件管理器以及可為主機(jī)、測(cè)試設(shè)備、顯示器和其他組件提供接口的多種標(biāo)準(zhǔn)串口通信外圍設(shè)備等。可見(jiàn)，該類(lèi)芯片既具備數(shù)字信號(hào)處理器卓越的數(shù)據(jù)處理能力，又像單片機(jī)那樣具有適于控制的片內(nèi)外圍設(shè)備及接口，所以，又被稱為數(shù)字信號(hào)控制器（digital signal controller，DSC）。在這類(lèi)芯片中，TMS320F280x是根據(jù)一些用量較大的應(yīng)用場(chǎng)合而專門(mén)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化版，以降低成本，而TMS320F2812是這代芯片中的代表。所以，本書(shū)以TMS320F2812 DSP為代表，介紹其結(jié)構(gòu)、尋址方式和指令系統(tǒng)、程序編寫(xiě)和調(diào)試、數(shù)字輸入／輸出模塊、事件管理器模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊、串行外圍設(shè)備接口模塊、串行通信接口模塊、eCAN控制器模塊、數(shù)字信號(hào)處理算法和電機(jī)數(shù)字控制實(shí)例。全書(shū)共分ll章，具體內(nèi)容如下：第1章介紹TMS320F2812芯片的性能和結(jié)構(gòu)、CPU結(jié)構(gòu)和寄存器、程序流、乘法操作、移位操作、CPIJ中斷與復(fù)位、流水線和存儲(chǔ)器映射。第2章介紹尋址方式和指令系統(tǒng)。第3章介紹I）SP軟件開(kāi)發(fā)流程、TI的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS以及DSK2812開(kāi)發(fā)板。第4章介紹數(shù)字I／O端口的工作模式、I／O端口寄存器及其使用方法。第5章介紹事件管理器的組成、原理、功能和應(yīng)用。第6章介紹ADC的特點(diǎn)、自動(dòng)排序器工作原理、ADC時(shí)鐘的預(yù)標(biāo)定、ADC的各種寄存器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器改善精度的方法以及應(yīng)用舉例——傳感器信號(hào)采集。第7章介紹SPI模塊的組成、操作、中斷和控制寄存器以及應(yīng)用舉例。

內(nèi)容概要

C2000系列DSP是Tl公司TMS320 DSP的三大系列之一，它既具有一般DSP芯片的高速運(yùn)算和信號(hào)處理能力，又和單片機(jī)一樣在片內(nèi)集成了豐富的外圍設(shè)備．所以，不僅適用于普通的數(shù)字信號(hào)處理，還適用于高性能數(shù)字控制系統(tǒng)。TMS320F2812是C2000系列中性能優(yōu)良且應(yīng)用廣泛的一種。本書(shū)以TMS320F2812為代表，具體介紹TMS320F2812的結(jié)構(gòu)、尋址方式和指令系統(tǒng)、程序編寫(xiě)和調(diào)試、數(shù)字I/O模塊、事件管理器模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、SPl模塊、SCl模塊、eCAN控制器模塊、數(shù)字信號(hào)處理算法和電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制。    本書(shū)可作為自動(dòng)化、電氣工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和儀器儀表等專業(yè)本科生和研究生的教材，也可供從事相關(guān)專業(yè)工作的科研和工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

前言第1章 TMS320F2812的結(jié)構(gòu)  1.1 芯片性能和結(jié)構(gòu)  1.2 CPU結(jié)構(gòu)與寄存器  1.3 程序流  1.4 乘法操作  1.5 移位操作  1.6 CPU中斷與復(fù)位  1.7 流水線  1.8 存儲(chǔ)器映射第2章 尋址方式和指令系統(tǒng)  2.1 尋址方式  2.2 C28x匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)介第3章 程序編寫(xiě)和調(diào)試  3.1 軟件開(kāi)發(fā)流程  3.2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS  3.3 TMS320F2812開(kāi)發(fā)板DSK2812 第4章 數(shù)字I／o模塊  4.1 概述  4.2 數(shù)字I／o端口工作模式  4.3 數(shù)字I／O端口寄存器  4.4 數(shù)字I／O端口應(yīng)用舉例第5章 事件管理器模塊  5.1 概述  5.2 通用定時(shí)器  5.3 全比較單元  5.4 PWM電路  5.5 PWM波形產(chǎn)生  5.6 捕獲單元  5.7 正交編碼器脈沖電路  5.8 事件管理器中斷  5.9 事件管理器的寄存器  5.10 應(yīng)用舉例——頻率測(cè)量第6章 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)  6.1 概述  6.2 自動(dòng)排序器工作原理  6.3 ADC時(shí)鐘的預(yù)標(biāo)定  6.4 ADC供電模式和上電順序  6.5 ADC寄存器  6.6 應(yīng)用舉例——傳感器信號(hào)采集第7章 SPl模塊  7.1 增強(qiáng)型SPl模塊簡(jiǎn)介  7.2 SPl模塊操作  7.3 SPl中斷  7.4 SPl控制寄存器  7.5 應(yīng)用舉例——EEPROM存儲(chǔ)器讀寫(xiě)第8章 SCl模塊  8.1 SCl結(jié)構(gòu)  8.2 SCl寄存器  8.3 應(yīng)用舉例——串行通信第9章 eCAN控制器模塊  9.1 eCAN控制器概述  9.2 eCAN控制器模塊寄存器  9.3 eCAN模塊的配置  9.4 應(yīng)用舉例——eCAN通信自測(cè)試第10章 數(shù)字信號(hào)處理算法  10.1 基于FFT的頻譜分析  10.2 FIR數(shù)字濾波第11章 電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制  11.1 直流電動(dòng)機(jī)  11.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)  11.3 永磁同步電動(dòng)機(jī)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，PWM信號(hào)被用來(lái)控制電力電子器件的開(kāi)關(guān)時(shí)間，以便為電動(dòng)機(jī)繞組提供所需的電流和能量。相電流的形狀和頻率以及提供給電動(dòng)機(jī)繞組的能量一起控制著電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩。這里提供給電動(dòng)機(jī)的電壓和電流就是調(diào)制信號(hào)，通常，調(diào)制信號(hào)的頻率要比PWM載波頻率低得多。1.PWM信號(hào)的產(chǎn)生為了產(chǎn)生一個(gè)PWM信號(hào)，需要通過(guò)一個(gè)合適的定時(shí)器不斷重復(fù)地進(jìn)行計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)周期等于PWM的周期，用一個(gè)比較寄存器來(lái)保存調(diào)制值，比較寄存器中的值不斷地和定時(shí)器計(jì)數(shù)器相比較，一旦發(fā)生匹配，在相應(yīng)的輸出引腳上就產(chǎn)生一個(gè)跳變（從低到高或從高到低），當(dāng)發(fā)生第二次匹配或定時(shí)器周期結(jié)束時(shí)，相應(yīng)的輸出引腳上又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)跳變（從高到低或從低到高）。通過(guò)這種方式，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)間和比較寄存器的值成比例的輸出脈沖。這個(gè)過(guò)程在每個(gè)定時(shí)器周期里都會(huì)被重復(fù)，但每次比較寄存器里的調(diào)制值又是不同的，這樣在相應(yīng)的輸出引腳上就能得到一個(gè)PWM信號(hào)。2.死區(qū)在許多運(yùn)動(dòng)／電動(dòng)機(jī)控制以及電力電子設(shè)備的應(yīng)用中，通常會(huì)將兩個(gè)功率器件（上級(jí)和下級(jí)）串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成一個(gè)功率轉(zhuǎn)換橋臂。為了避免受擊穿導(dǎo)致失效，兩個(gè)功率器件的導(dǎo)通周期不能有重疊。因此，需要一對(duì)無(wú)重疊的PWM輸出信號(hào)來(lái)正確地開(kāi)啟和關(guān)閉這兩個(gè)橋臂。死區(qū)單元的作用就是從一個(gè)晶體管被截止到另一個(gè)晶體管被導(dǎo)通期間插人一段死區(qū)時(shí)間，這段時(shí)間延遲能確保一個(gè)晶體管導(dǎo)通之前另一個(gè)晶體管已經(jīng)完全關(guān)閉。具體延遲時(shí)間的長(zhǎng)短通常由功率管的開(kāi)關(guān)特性和特定應(yīng)用場(chǎng)合下的負(fù)載特性決定。5.5.1 用事件管理器產(chǎn)生PWM輸出三個(gè)比較單元中的任一個(gè)都可以與通用（GP）定時(shí)器1（對(duì)于EVA模塊）或通用定時(shí)器3（對(duì)于EVB模塊）、死區(qū)單元以及事件管理器模塊中的輸出邏輯一起，產(chǎn)生一對(duì)帶可編程死區(qū)和輸出極性可控的PWM輸出。對(duì)應(yīng)于每個(gè)EV模塊中的三個(gè)全比較單元，一共有六個(gè)這樣的專用PWM輸出引腳，這六個(gè)專用的輸出引腳可以非常方便地用來(lái)控制三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。由于比較動(dòng)作控制寄存器（ACTRx）的控制作用，PWM的輸出動(dòng)作具有很強(qiáng)的靈活性，因此，在許多應(yīng)用場(chǎng)合下也可以用來(lái)控制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和同步磁阻電動(dòng)機(jī)。PWM電路還用來(lái)控制其他類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)，如單軸或多軸控制應(yīng)用中的直流有刷電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。如果需要的話，每個(gè)通用定時(shí)器的比較單元也都可以用來(lái)產(chǎn)生基于自身定時(shí)器的PWM輸出。

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