基于TMS320C6713的磁悬浮动量轮控制系统的硬件设计与应用
来源: 作者: 发布时间:2014-12-15 15:01:15 浏览量:在硬件系统中,传感器传来的信号经过抗混叠滤波后由AD进行转换,然后由DSP读出;DA负责将DSP计算后写入的数据转换为控制信号,经过放大滤波后,传给功放;同时两路转速信号(将两个红外探头置于转子的90度角上得到两路信号)经过脉冲处理电路后会形成一系列脉冲,产生中断,通过对这两个中断信号分别计数,可以计算得出转子的转速和转向;SDRAM负责存储数据和结果,FLASH用于加载程序以使系统脱离仿真环境而独立工作;串口负责DSP与PC之间的通讯。
2.2 DSP外围器件特性及其接口设计
2.2.1 最小系统
DSP本身:需要注意的是DSP的大小端工作模式、复用引脚的选择、启动方式等都取决于特定引脚的电平,可以通过跳线来配置;某些引脚必须按规定接为上拉或下拉,否则可能导致DSP不能正常工作,具体参考文献[2];由于6713的外部总线工作在100MHz的时钟频率下,属于高速电路,如果使用不当,会导致不能正常读写,所以需要在所有信号线的发射端接匹配电阻,以抵消信号的二次反射,从而避免过冲、振铃等信号完整性的问题;300MHz的6713采用的是BGA封装,虽然该封装具有很多优点,但是不利于调试,最好将关键引脚引出(注意包地),以便于调试和纠错。
电源复位模块:6713需要1.4V的内核电压和3.3V的IO电压,系统总输入电源为5V,所以可通过TPS54310将5V电压转化为1.4V电压,用TPS75733将5V电压转化为3.3V电压,同时用TPS3823作为电源监视模块,用以监视电源是否工作正常,并且该片内有硬件看门狗和手动复位功能,这样就可以在适当的时候产生复位信号,使DSP处于RESET状态。
时钟模块:DSP内部有PLL模块,能够方便地通过软件配置来进行倍频和分频,这样就简化了外部时钟电路,提高了系统的可靠性。系统主要需要产生300MHz的内核工作时钟和100MHz的外围总线工作时钟,这样只需简单地在外部接一个25MHz的有源晶振即可。需要注意的是DSP的PLL模块电源应该接EMI滤波器,另外在配置内部时钟时应该遵循一定的时序,详见参考文献[3]。
扩展内存:系统需要扩展内存来存储大量数据以节省片内内存,大电流电感综合考虑速度、成本和容量等因素,决定采用SDRAM(同步动态RAM),器件选择MICRON公司的MT48LC4M32B2(1M×32×4Banks),具有32位的数据总线,对应16MB的寻址空间。DSP内的EMIF模块可与SDRAM直接进行无缝连接,采用小端模式,并将SDRAM映射到EMIF的CE0空间。
FLASH:配置FLASH实现系统的自加载功能使系统脱离调试环境而独立运行,采用的是AMD公司的AM29LV400B(256K×16-Bit),有16位的数据总线,工作于半字模式,对应256KB的寻址空间,映射到EMIF的CE1空间。
JTAG接口:DSP具有遵循IEEE 1149.1协议的JTAG接口,可以通过仿真器与PC机相连,在TI公司提供的集成开发环境CCS下进行仿真和调试。将JTAG模块的T电感生产厂家MS、 TDI、TDO和TCK这四个引脚直接引出到标准的JTAG插座上,与仿真器插头的引脚一一对应;另外EMU0和EMU1要外接上拉电阻,使DSP工作在仿真模式下,TRST引脚接下拉电阻,PD接5V电压。需要注意的是,JTAG座为标准的14针插座,其中没铁芯电感用的第6针应拔掉以便电缆插头插入,这样可以防止插反。
2.2.2 AD和DA
AD采用了12位的MAX115,每个芯片具有2Banks×4Channels的采样通道,各通道都有跟踪保持放大器,它可以将四通道的信号同时保持住,这样可以保证各通道用于转换的信号在时间上的同步,实现了数据的同时采样。系统中采用两片AD,每片转换两路,采样率最高可以达到218ksps,将两片AD映射到EMIF的CE3空间,通过地一体电感器址差模电感器线和片选线译码产生每个AD的片选信号。由于AD是5V器件,而DSP是3.3V的IO电压,所以中间需要接总线开关,用于5V到3.3V的电压转换。转换启动引脚与DSP的定时器输出引脚相连,每个AD芯片转换完成后都会产生一个中断信号,将这两个信号相与之后作为DSP的中断输入。AD的12位数据线与EMIF的对应数据总线相连,用于数据和指令的传输。
DA采用了13位8通道的MAX547,可以同时输出8通道D/A转换信号,它与处理器的接口并行,输出建立时间为5μs。由于系统需要10路输出,所以需要采用两片DA,这样一共可以同时提供16路输出信号,使用时可以分配每一片转换5路信号。将两片DA也映射到EMIF的CE3空间,同时通过地址线和片选线译码产生每个DA的片选信号。输出经过一级放大电路后,可以将电压扩大两倍,同时保证输出电流的带负载能力。采用DSP的低13位数据线进行数据的传输,同时采用低三位地址线进行通道的选择。DSP的D0数据线经过脉冲扩展后形成转换启动信号连接到DA的对应引脚。
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