基于TMS320F2812 DSP的磁悬浮控制器的设计

国防科学技术大学磁悬浮中心 邹东升 佘龙华

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芯片已经被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。本文介绍了TI公司的款DSP TMS320F2812在磁悬浮系统中典型应用。

芯片介绍

TMS320C28x数字信号控制器家族包括C2810、C2811、 C2812、F2801、F2806、F2808、F2810、F2811、F2812共 9 个代码兼容的器件。C28x家族的大多数产品均可提供高达150MIPS 的性能。

TMS320F2812是美国德州仪器公司TI研制的数字信号处理器，面向自动控制、工业自动化、网络的款有片内FLASH，工作频率达到150M的32位DSP。TMS320F2812主频150MHz，保证了处理信号的快速性和实时性，尤其是在磁悬浮系统的控制中，高速的信号可以提供实时的位置信息，保证控制信号响应的快速性。和许多其它种类DSP一样，TMS320F2812采用经典的哈佛总线结构，利用多总线在存储器、外围模块和CPU之间转移数据。程序读总线有22根地址线和32根数据线，数据读写线都是32位，这种多总线结构使得它可以在一个周期内并行完成取指令、读数据和写数据，同时它也采用了指令流水线技术，使得信号的处理速度明显提高。

单个的TMS320F2812芯片有18K RAM，128K FLASH，16通道的PWM，16通道12位ADC，3个定时器，串行口有CAN，McBSP，SPI，2 SCIs，充分保证了通讯的方便。

搭建试验平台

首先要对该芯片有充分的了解，主要包括数据线、地址线、控制信号线，事件管理器A和事件管理器B信号线，JTAG仿真信号线， 通讯模块信号线， ADC转换信号线及电源线。

JTAG接口规范符合IEEE1149.1标准，它提供14针接口：如图1所示：

除EMU0和EMU1引脚需要4.7K上拉电阻外，其余引脚可以直接从TMS320F2812相应引脚接出。扩展事件管理器B为GPIO（General Purpose Input Output），8路输入，8路输出，为保护芯片，输入输出可以通过LVTH16245接出；事件管理器A除扩展出四路PWM外，其它直接扩展到板上插座，为提高PWM的驱动，需要把扩展的四路PWM通过简单的非门后再接出。

DAC采用DAC7625U，四个输出通道占用DSP的XINTF Zone 2（0x08，0000――0x10，0000）。

板上电源采用TI的TPS767D318，通过5V稳压电源，提供DSP所需的1.8V电压和DSP及外围电路所需的3.3V电压。DAC7625所需的正负2.5V电压则由电源芯片MC1403提供。这样，目标板上的所有电源就可以用一个5V的稳压模块提供。

A/D-D/A及A/D-PWM试验

在磁悬浮控制系统的设计中，首先关心的就是控制信号的实时性，它极大的影响着悬浮系统的平稳性。原本磁悬浮系统就是一个动态稳定的系统，对检测到的传感器信号必须要做出快速响应。而控制器在采集到传感器信号后必须要进行一系列算法处理后才能对悬浮系统发出控制指令，故对采样速度和CPU的速度要求非常高。一般的单片机和DSP无法胜任，这也是选择主频高达150M的TMS320F2812作控制器芯片的主要原因。
故首先要对ADC和DAC的转换速度进行测定。

通过信号发生器产生一个正弦波，通过TMS320F2812的片上ADC进行采样转换，转换结果通过片上扩展的DAC输出。通过示波器，比较所得到的两个正弦波信号并测出延时。

编写试验用的系统初始化以及所需程序流程图：
根据流程图编写程序，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，并让两个通道并行显示，以测量延时时间。

试验结果显示：输入信号为200kHz的正弦波，输入和输出相差不到一个周期的1/5，故输入和输出之间的延时为1 S数量级，完全满足磁悬浮控制系统的要求。

结束语

TMS320F2812以其优良的性能已经赢得了DSP领域工作者的极大兴趣和爱好，从目前国内该芯片脱销的情况就可以窥豹一斑。TI公司有非常完善的服务体系，从产品宣传到课程培训，非常齐全。市场上支持TI芯片的第三方服务也比较多，这也是TI芯片的市场占有率高的缘故。

参考文献:

[1]. DAC7625U datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/DAC7625U_209070.html.
[2]. TPS767D318 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TPS767D318_891323.html.
[3]. DAC7625 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/DAC7625_209067.html.
[4]. MC1403 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MC1403_1059946.html.