【《无刷双馈电机控制系统芯片选择分析案例》3700字】

无刷双馈电机控制系统芯片选择分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u23208无刷双馈电机控制系统芯片选择分析案例 129621.1TMS320F2812芯片的简介 181161.1.1TMS320F2812芯片的主要特点 22261.1.2TMS320F2812芯片的外部引脚 235961.2CPU内部结构 4307511.1.1CPU概述 4230761.1.2CPU的结构与总线 452561.1.3CPU寄存器 5164951.3存储器与通用I/O口 5302571.3.1存储器 521661.3.2外部扩展接口 6223291.4中断管理和复位 6147641.4.1可屏蔽中断 6183821.4.2不可屏蔽中断 7225061.4.3中断处理步骤 71.1TMS320F2812芯片的简介TMS320F2812芯片是由德州仪器公司，也就是我们通常所说的TI公司所生产的一种DSP系列芯片。该芯片刚一问世，便收获了巨大的成功，至今仍在使用。这充分说明了TMS320F2812芯片功能强大、性能优异，经得起时间的考验。TMS320F2812是32位定点芯片，即在单位时间内可以处理字长为32位的二进制数据，同时在表示实数时，小数点的位置固定，运算方便。由于芯片采用了改进的Harvard结构体系，使得程序存储器、数据存储器可以独立地运行，从而大幅提高了芯片的运算速度。同时芯片的外部接口较多，能够根据应用场合的需要来配备多种外部设备。1.1.1TMS320F2812芯片的主要特点TMS320F2812芯片采用了高性能静态CMOS技术，将总线频率提高到150MHz，意味着CPU与内存之间能够传输更多的数据，能够充分发挥CPU的性能，提高运算速度。同时，相较于其他的逻辑电路，CMOS逻辑电路使芯片抗干扰的能力更强，功耗更低，允许的电压范围也更宽广。为了降低功耗，节省电量，芯片的内核电压选用为1.8V。芯片的I/O工作电压则为3.3V，这是因为输入输出接口要连接外围设备，高电压可以减少干扰。同时，TMS320F2812芯片还可以使用JTAG扫描来对芯片内部的各个部分进行测试，来加快数据的处理速度。芯片中的中央处理器（CPU）由于采用了改进的Harvard结构体系，使得数据总线与程序总线之间相互独立，提高了运行速度，同时使用流水线操作，减少了程序的运行时间。CPU功能强大，能够在一个操作周期里完成乘法加法或移位运算。至于芯片的存储器，可以分为片内存储器和片外存储器。受限于芯片整体体积、功耗大小以及集成技术，片内存储器的容量较小，因而当需要存储的数据量较大时，需要扩展外部存储器。TMS320F2812芯片的引脚多达176个，其中包括了外部存储器接口，可以方便地扩展存储器容量。同时，这些数量众多的引脚也为芯片扩展外部设备提供了便利，使芯片能够根据不同的应用场合扩展不同的外设，大大拓展了芯片的应用领域。除此外，芯片还具有12位的ADC16通道以及支持低功耗模式和节能模式。1.1.2TMS320F2812芯片的外部引脚本文所用的TMS320F2812芯片是176引脚的PGFLQFP封装，芯片的顶视图可以见图1.1。图1.1176引脚LQFP封装顶视图这些引脚中包括XINTF地址数据总线（其中一部分总线用来传输地址信息，它的多少决定了芯片直接寻址空间的大小；剩余总线用来传输数据信息），XINTF控制总线来对程序的运行进度进行控制，JTAG和其他信号线用来检测芯片是否有问题并进行通信，ADC模拟输入信号线用来把外部连续的模拟信号转换为离散的数字信号，电源信号线来保证电源的供应，GPIO信号线可以通过软件编程设置为输入或者输出来使用。1.2CPU内部结构中央处理器（CPU）是TMS320F2812芯片的主要组成部分之一，用来处理控制程序中的指令，使指令的编码译码工作井然有序，同时执行指令对应的操作，把控各个操作所用的时间，最后处理数据，譬如进行乘法、加法、移位等各种运算得到结果。接下来对中央处理器的工作原理、内部组成以及功能作用等做一个简介。1.1.1CPU概述中央处理器（CPU）是一种性能高、功耗低的32位定点数字信号处理器，集中了微控制器的诸多优秀特性，具有许多先进的性能。通过改进型的Harvard结构体系，CPU的程序总线与数据总线相互独立，从而可以在一个时间段内既读取指令又执行操作，大大提高了运算速度。CPU的主要组成有三部分，即运算器进行各种运算譬如逻辑运算、加减乘法运算等，控制所有指令先后执行顺序的控制器，保存处理结果以及各种重要数据的寄存器。除此之外，CPU还有一些衡量性能优劣的重要参数，例如工作频率、总线频率、字长等指标。1.1.2CPU的结构与总线CPU的主要结构包括了运算器、控制器和寄存器。运算器顾名思义是用来执行运算的器件，由控制器发出的指令来控制，其核心为算术逻辑单元（ALU），可以执行乘法、加法等算数运算以及移位、比较等逻辑运算；控制器相当于CPU的大脑，用来协调整个器件的工作，根据操作人员编好的程序，按照先后顺序来对指令进行译码操作，同时给其他执行器件发出信号；寄存器则是用来保存一些重要数据，譬如：等待处理的数据、处理后的数据结果等，寄存器可以减少CPU访问数据所用的时间，提高工作速度。接着再介绍一下CPU的总线，它是用来进行CPU与芯片其他器件之间的信息传送，可以根据功能分为控制总线、地址总线、数据总线。其中，控制总线用来传递控制信号，控制信号有的时候由CPU传递给存储器等执行器件，有的时候由其他器件反馈回CPU，具体方向则根据控制信号本身而定，故控制总线是双向的。地址总线用来传递地址信息，通过这些地址来访问相应的器件，只能从CPU传向其他器件，所以地址总线是单向的。数据总线用来传递数据，它也是双向的，既能把CPU的数据传送给其他器件，也能把数据传送回CPU。1.1.3CPU寄存器寄存器用来存储二进制代码数据，由多个触发器构成，原理简单。寄存器通常存储一些极其重要的运行数据，同时还能减少CPU访问数据的时间，对于CPU来说意义非凡。CPU的寄存器重点包括了六个寄存器，接下来分别做一个简单说明。数据寄存器用来作为CPU和其他器件之间的数据中转站，同时还可以减小CPU与其他器件之间的速度差距；地址寄存器则是用来保存CPU目前访问的地址，由于存在速度差异，故需要地址寄存器来临时保存地址；指令寄存器用来保存当前执行的指令，指令由数据寄存器传送过来；程序计数器可以标出下一条指令的地址信息，为下一次读取指令做好准备；累加寄存器用来给算术逻辑单元（ALU）提供工作区或者临时保存运算结果；程序状态字寄存器用来表征当前运算的状态及程序的工作方式。1.3存储器与通用I/O口存储器相当于储备仓，可以保存一些程序运行中的重要数据，它的本质是一种逻辑电路，又可以分成许多存储单元，来存储二进制数据代码。通用I/O口又可以称为通用型输入输出即GPIO，也就是这个I/O口输出电平的高低状态可以根据实际的需要来进行设置。因为采用了改进的Harvard结构体系，TMS320F2812芯片的程序存储器与数据存储器分开独立运行，提高了数据的传输速率。存储器也可以根据在芯片内外，分为片上存储器与片外存储器。1.3.1存储器存储器可以根据能否存取数据分为RAM和ROM，RAM为随机存取存储器，里面的数据可以根据程序的运行随时读取、写入，但是断电时里面的信息不会保存。其中RAM还可以分为SRAM与DRAM，SRAM是静态随机存取存储器，它依靠6个晶体管存储一个bit，不需要刷新。DRAM是动态随机存取存储器，只用1个晶体管便可存储一个bit，但需要不断刷新来保证内容不变。ROM是只读存储器，它里面的数据信息只能被读取，而不能被写入修改，断电的时候，里面的信息可以保存下来。TMS320F2812芯片具有SRAM、ROM与Flash存储器，性能优异。其中Flash存储器又可以称为闪存，将RAM与ROM的优点结合在了一起，不仅可以读取、写入数据信息，而且在断电的时候不会丢失信息。片上Flash存储器为128K×16位，被分为多个单元，有代码安全保护和低功耗模式，还可以根据CPU时钟频率调整等待周期。1.3.2外部扩展接口扩展接口顾名思义，是用来给芯片扩展外部设备使用的，从而使芯片能够在更多的领域发挥作用。当操作人员想要向外部设备发出指令，进行某一操作时，可以通过外部扩展接口来传送信息，完成操作。当TMS320F2812芯片与外部扩展设备连接匹配时，要考虑到它们的工作频率是否相同。如果不同，则需要修改相应的参数使其一致。1.4中断管理和复位在很久以前，还没有中断系统的时候，操作人员只能等到上一个任务运行结束之后，才能开始进行下一个任务，这使得程序运行很不方便。为了解决这一问题，中断系统应运而生。当CPU在处理当下任务的时候，假如出现紧急事件需要调用CPU，那么在中断系统的帮助下，CPU可以先暂停目前任务的运行，转而先处理紧急事件的程序，处理结束后，再返回当下任务，继续运行。根据能否禁止中断，中断又分为了可屏蔽中断与不可屏蔽中断。当操作人员可以通过设置中断使能寄存器（IER）来对某一中断进行控制使其可以发生或者不能发生时，说明该中断为可屏蔽中断，否则为不可屏蔽中断。1.4.1可屏蔽中断一般来自内部的中断都是不可屏蔽中断，来外部的中断可以分为可屏蔽中断与不可屏蔽中断两类。也就是说，可屏蔽中断由一些有中断能力的外围设备所产生。同时，可屏蔽中断受到中断使能寄存器（IER）和中断标志寄存器（IFR）的影响，可以根据中断循序标志的设置来判断CPU是否响应中断请求。1.4.2不可屏蔽中断不可屏蔽中断就是指CPU必须要响应的中断，有可能来自CPU内部自发产生，也有可能来自外围设备来通知CPU发生了紧急事件。不可屏蔽中断包括：软件中断，指通过软件来模拟硬件中的中断概念；硬件中断，即中断源的识别标志，它可以存放中断服务程序的入口地址或者跳转到中断服务程序的入口地址来实现中断；非法指令陷阱，指CPU受到干扰或者