数字信号处理器（DSP）的应用与优势

DSP一经问世，首先从机床和工业机器人中的伺服电动机控制等所谓高端的电动机控制领域开始了数字化控制进程。其后，随着DSP的价格降低，数字电动机控制技术已经普及到通用的伺服电动机和通用的变流装置等低成本的产品中。在21世纪的今天，可以说，在一定等级以上的高性能电动机控制中，都采用了DSP。

1.电动机控制用DSP

电动机控制领域，高性能化和节能化的要求逐渐地在提高，应用于这种领域称为单片DSP电动机控制器的DSP芯片已被研究开发出来。TI公司的TMS 32024x/240x系列芯片就是这样的器件。在最高端的40MIPS（MIPS为百万条指令/s）定点处理能力的DSP内核中，程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、PWM输出电路、A-D转换器、转速编码器接口、串行通信接口和通用I/O接口等单元都集成在单硅片内，以同样的成本替换以前的单片机，可以极大地提高电动机控制性能。

该系列中性能最强的TMS 320 LF 2407的结构框图如图5-17所示。该系列的电动机控制用外围电路中，核心单元是称为事件管理器（EV）的模块。这种EV模块包含2个16位定时器、5个比较单元、死区时间单元、PWM输出控制单元以及3个跟踪捕获单元。根据这些单元的功能，可以产生三相逆变器用的6路PWM输出信号。它有对称型、非对称型以及空间矢量型三种PWM输出可供选择，在PWM信号中，可以插入时间可调的死区时间。根据软件和外部信号可以控制输出有效/无效（高阻态），因此该系列芯片的外围电路可以实现完整的PWM输出信号。另外，该外围电路还备有2个16位PWM输出（共计8个）。逆变器侧以外的功率因数改善电路（PAM用）的晶体管开关也可以并入芯片中。跟踪捕获单元是安装在电动机轴上的编码器的接口电路，它具有把相位差为90°的A相和B相脉冲信号变换为4倍的脉冲信号和方向判别信号的变换电路，它可以选择基于检测编码器脉冲数的位置信号作为反馈信号或选择基于检测编码器脉冲频率的速度信号作为反馈信号。并且，根据反馈的脉冲信号，可以由事件管理器（EV）模块产生与PWM载波信号同步的时间信号，作为A-D转换器的同步变换信号。

图5-17 TMS 320LF 2407结构框图

表5-3给出了这一系列芯片的一览表。表中的产品标记F或LF的芯片表示内置FLASH，标记C或LC的芯片表示内置掩模ROM。

表5-3 TMS 320 C24x/LC240x一览

该系列的LF2407、LF2406、LC2406和LC2404型芯片，具有两组EV单元，可以同时控制两台电动机。这种EV单元在多台直流电动机和多台SR电动机的驱动控制中也能够使用。A-D转换器分辨率为10bit，模拟信号输入通道最多可达16路，最高转换速度可达0.5μs。此外，该型芯片还具有模拟输入通道切换和连续A-D转换的自动时序控制功能，具有看门狗定时器、通用I/O端口、2类串型通信端口以及CAN接口等。

2.新一代电动机控制用DSP

DSP已经被广泛地应用，如图5-18所示，但是在越来越高性能的电动机控制领域，即使是现在的DSP家族产品，功能上与人们的预期也存在很大的差距，工程师们期望着有更高性能的DSP出现。

图5-18 电动机控制中DSP应用趋向

2001年，32位TMS 320 C28x DSP问世了，从此开始了DSP发展的新阶段，它与C24x/LC 24x系列保持向后兼容性。C28x内核特有部分结构如图5-19所示。它具有以下特点：

①能够处理复杂算法的高速运算能力，达到400MIPS；

②32×32=32（1机器周期）/64（2机器周期）；(www.xing528.com)

③可实现32位精度以上的高精度运算，即32位定点/浮点DSP；

④具有应对实时控制要求的高速抢占响应功能，抢占响应时间为20～40ns；

⑤工业界最高效率的C语言代码；

⑥方便的实时监控跟踪通道，具有20Mbit/s以上的数据读取和实时校验功能等。

3.开发环境

德州仪器（TI）公司提供多种开发工具。代码开发平台CCS（Code Composer Studio）是一种功能强大的DSP集成开发工具，它可以连续进行从代码开发到程序调试等工作，可以用C语言编程，反汇编，用多窗口实时显示寄存器、存储器和变量，用图形表示基于探针/指针变量的文件I/O，能够定制基于C语言风格的脚本语言。并且，DSP本体内置所谓JTAG（联合测试工作组，并且可能通过JTAG仿真接口与DSP进行连接，在DSP本地上随时进行仿真和调试）的仿真器和接口，可以在本体上随时进行仿真和调试。图5-20是它的操作画面和代码编辑编译器。

图5-19 TMS 320 C28X内核

图5-20 CCS操作画面和代码编辑编译器

同时，CCS是TI的实时eXpressDSP软件技术和开发工具策略的一部分，eXpressDSP技术对设计过程中快速起步及节省宝贵时间非常有帮助，并且使开发者能够充分利用TMS320系列DSP潜能。eXpressDSP软件和扩展工具如图5-21所示，它主要包括：

①DSP/BIOS内核，具有可扩展性，是实时软件的基础；

②TMS320系列DSP算法标准，使应用程序具有互操作性和可再使用标准；

③设计就绪代码，eXpressDsp参考框架可以快速开始DSP设计，为许多应用提供参考。

图5-21 eXpressDSP软件和扩展工具