TMS320xF24xx 至 C2000 Piccolo TMS320F280xx 的遷移概述

除了對 DSP 處理內核的推動(dòng)之外，我們還提供了 Piccolo 系列的多種 PWM 和 ADC 外設創(chuàng )新。 重溫一下，在 TMS320xF24xx 系列中，PWM 輸出是“事件管理器”模塊的一部分。在事件管理器中，兩個(gè) 16 位定時(shí)器和五個(gè)獨立的比較匹配檢查可以生成最多八個(gè) PWM 輸出。 在這八個(gè) PWM 輸出中，有六個(gè)輸出以互補對的形式生成，這意味著(zhù)每?jì)蓚€(gè) PWM 波形中即有一個(gè)是一對中互補波形的強制反波形。 這六個(gè) PWM 輸出也可以?xún)H使 用每一對的單個(gè)比較匹配檢查（除零和周期匹配事件之外）生成。 可編程死區邏輯可應 用于這六個(gè)波形的上升沿和下降沿延遲，同時(shí)請注意，兩個(gè)延遲必須使用同一死區值。比較而言，在八個(gè) PWM 輸出余下的兩個(gè)中，每一個(gè)都可以使用單獨的比較匹配檢查（除 零和周期匹配事件之外）獨立生成。但是，這兩個(gè) PWM 輸出不支持任何死區邏輯。 因此，總的說(shuō)來(lái)，來(lái)自事件管理器的每個(gè) PWM 輸出都可以從至多 1 個(gè)比較匹配中生成，而死區邏輯則只能用于八個(gè) PWM 輸出中的六個(gè)。

在其他特性中，事件管理器 PWM 還提供跳閘邏輯，可以異步強制八個(gè) PWM 輸出中的六 個(gè)進(jìn)入高阻抗狀態(tài)，從而實(shí)現系統保護和安全。 此外，事件管理器的時(shí)基是與 3 個(gè)事件捕捉單元和 1 個(gè)正交解碼器接口共享的，這一點(diǎn)與 Piccolo 微控制器更加模塊化的方法大有不同。 與 Piccolo 微控制器不同，TMSxF24xx 器件上的多個(gè)事件管理器 (EV) 無(wú)法一起同步時(shí)基。

圖 4： Piccolo TMS320F28xx ePWM 模塊

相反，對于 Piccolo 微控制器，PWM 輸出是單獨和獨立 PWM 模塊的一部分。 每個(gè) PWM 模塊都具有兩個(gè)可從單個(gè) 16 位定時(shí)器和兩個(gè)獨立比較匹配事件（除零和周期匹配事件之外）生成的 PWM 輸出。 16 位定時(shí)器具有向上、向下和向上/向下計數模式， 其中的向下計數模式是 Piccolo MCU 的獨有功能。 此外，Piccolo 微控制器的 PWM 可以生成同步或異步波形，甚至還可以生成帶有獨立異步雙沿占空比控制的 PWM。 某些 Piccolo 器件甚至包含革命性的高分辨率 PWM 模式，由此，設計人員可以獲得低至 150ps 的邊緣位置分辨率，從而在高頻操作下提供持續的高精度控制。 每個(gè) PWM 輸出 還包括具有高分辨率性能的死區邏輯，由此，死區延遲可在半周期增量下出現。這可以 進(jìn)一步降低控制系統中的電源開(kāi)關(guān)損耗。

此外，用戶(hù)可以對 PWM 模塊中的每個(gè) PWM 輸出進(jìn)行獨立極性控制，這意味著(zhù) Pic- colo 微控制器的 PWM 對不會(huì )像TMS320xF24xx 中一樣強制為互補對輸出。而且，與事件管理器的 PWM 不同，Piccolo 微控制器的 PWM 模塊可以通過(guò)可配置時(shí)間或相位偏移 同步時(shí)基；因此，其功能可以創(chuàng )造出更先進(jìn)的時(shí)間同步系統。 然而，與事件管理器相似，Piccolo PWM 也具有跳閘區邏輯，但這一點(diǎn)已通過(guò)一次性 PWM 跳閘乃至逐周期 PWM 電流限制操作進(jìn)行了進(jìn)一步擴展。 除此以外，Piccolo 的 PWM 在 TMS320xF24xx 系列的跳閘功能上進(jìn)行了進(jìn)一步擴展，它提供了強制 PWM 進(jìn)入高阻抗狀態(tài)的選項，可以設置 高或低跳閘條件，從而通過(guò)跳閘區邏輯實(shí)現更強大的安全和保護功能。

比較 Piccolo 微控制器與 TMS320xF24xx 器件的 ADC，我們會(huì )發(fā)現 Piccolo 微控 制器提供了多個(gè)優(yōu)勢。 首先，Piccolo ADC 可提供 12 位的分辨率，而 TMS320xF24xx 提供的是 10 位分辨率。Piccolo 微控制器的 ADC 同樣具有更快的轉換率，其速率 高達 4.6 兆樣本/秒 (MSPS)，而 TMS320xF24xx 器件則為 1.18 至 2.67MSPS。 因此，Piccolo 微控制器的 ADC 不僅能夠在數字域上更準確地顯示模擬信號，還可以明顯更快地捕捉信號以及將信號轉換到數字域。 在架構方面，Piccolo 微控制器 ADC 提供了兩個(gè)獨立的取樣保持單元，但 TMS320xF24xx 器件僅提供一個(gè)取樣保持單元。 通過(guò)同步雙路取樣保持功能，Piccolo 微控制器能夠同步取樣電機應用的相電流，乃至同步取樣電流和電壓測量。從操作的角度來(lái)看，Piccolo 基于啟動(dòng)轉換 (SOC)，而 TM- S320xF24xx 器件則基于自動(dòng)序列發(fā)生器。雖然 Piccolo 微控制器可以從單個(gè)觸發(fā)器中創(chuàng )造出持續的轉換系列，但由于 TMS320xF24xx 系列中的 ADC 基于自動(dòng)序列發(fā)生器，因此 Piccolo 微控制器的 ADC 使用了 SOC，其中可以針對每個(gè)轉換指定觸發(fā)源、樣本窗 口大小和通道。這為 ADC 資源提供了最大的靈活性，可以滿(mǎn)足不同的系統需求。

最后，Piccolo 系列與 TMS320xF24xx 系列的差異在于事件捕捉 (CAP) 和正交編碼器接口 (QEP) 在硬件中的實(shí)施方式。 請回想一下，TMS320xF24xx 器件上的 CAP 和 QEP 外設均集成在事件管理器 (EM) 中，它們與 PWM 輸出共享定時(shí)器資源。 相反，在 Piccolo 微控制器中，CAP 和 QEP 功能單獨位于獨立的模塊中，具有獨立的時(shí)基。 就功能而言，Piccolo 微控制器的捕捉單元以相似的方式操作，但也具有其他一些特征。 例如，某些 Piccolo 器件甚至包含高分辨率捕捉功能，由此，可以在典型的 300ns 分 辨率下測量出外部脈沖之間的區別。 這會(huì )帶來(lái)更低延遲的系統反饋。 此外，每個(gè)事件 捕捉模塊都可以在 PWM 模式下工作，可以在 PWM 模塊的 PWM 輸出之外提供額外的 PWM 輸出。

正如本文前面簡(jiǎn)要提到的那樣，Piccolo 包括許多架構增強功能，可以減少控制延遲、 降低系統成本并簡(jiǎn)化系統設計。 這些增強功能包括片上比較器、片上可編程增益放大器 （在精選器件中）、低延遲 PWM 跳閘、雙路取樣保持 ADC 和集成生命支持功能。

圖5： Piccolo TMS320F2805x 架構方框圖

在將電流和電壓測量反饋回 Piccolo 微控制器的過(guò)程中，ADC 輸入引腳也會(huì )通過(guò)集成 DAC 送入片上比較器中，從而進(jìn)行過(guò)電流或過(guò)電壓比較。 如果系統狀態(tài)位于確定的“正常”狀態(tài)之外，比較器將觸發(fā)直接異步跳閘以設置 PWM 輸出，從而在低至 30ns 下關(guān)閉 PWM 輸出。 或者，如前所述，PWM 可以逐周期跳閘，從而進(jìn)行電流限制操作而非系統停機。

在 Piccolo TMS320F2805x 器件中，可編程增益放大器 (PGA) 甚至可以進(jìn)行片上集成，獲取來(lái)自 ADC 引腳的輸入，并在送入 ADC 個(gè)比較器之前進(jìn)行放大。 PGA 不僅可以降低系統成本，由于系統在外部需要這些 PGA（在未進(jìn)行片上集成的情況下），它們還可以通過(guò)隨電機速度的下降擴展 ADC 范圍的方式在電機控制等應用中大展所長(cháng)。

如前所述，Piccolo 微控制器中的 ADC 包含雙取樣保持單元；但在 TMS320xF24xx 系列中，ADC 僅提供一個(gè)取樣保持單元。 雖然 TMS320xF24xx ADC 可以嘗試模擬同步雙 取樣，樣本間的延遲通常為 850ns，但Piccolo 微控制器的 ADC 具有兩個(gè)完整的取樣保持單元，且同步樣本之間無(wú)延遲。 在需要測量同步相位電流或同步電流和電壓讀數時(shí)， 這一點(diǎn)非常重要。 樣本之間的任何延遲都將會(huì )在系統建模中造成誤差，甚至會(huì )在由此產(chǎn)生的系統控制中造成誤差。 Piccolo 微控制器消除了這種誤差，可以進(jìn)行更準確的系統測量和控制。

最后，與 TMS320xF24xx 器件相比，Piccolo 微控制器提供額外的生命支持電路，可以降低 Piccolo 器件供電和計時(shí)的成本和復雜性。 Piccolo 微控制器具有一個(gè)片上電壓 穩壓器 (VREG)，允許設計人員向器件提供單個(gè) 3.3V 輸入。 VREG 可無(wú)縫自主地將輸 入電源調整為模擬子系統需要的 1.8V 電壓軌。 同樣，Piccolo 器件還具有上電復位 (POR) 和欠壓復位 (BOR) 功能，可消除增加外部電路來(lái)監控器件電源輸入的需求。 此外值得一提的是，Piccolo 微控制器提供兩個(gè)具有時(shí)鐘故障檢測功能的片上振蕩器，可 在出現故障時(shí)無(wú)縫切換至備份時(shí)鐘源。

軟件、可編程性和支持

從軟件來(lái)看，與 TMS320xF24xx 系列相比，Piccolo 器件擁有豐富的軟件資源。 Piccolo 器件全部可使用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程，其中某些器件甚至自帶浮點(diǎn)支持。 通過(guò)獨特的器件庫，您可以使用 Piccolo 進(jìn)行輕松編程和開(kāi)發(fā)。 例如，IQMath™ 庫為定點(diǎn)器件提供了浮點(diǎn)開(kāi)發(fā)的益處，使開(kāi)發(fā)更加容易，同時(shí)在定點(diǎn)和浮點(diǎn)器件之間提供了更好的代碼移植性。 還有適用于簡(jiǎn)單 FFT、FIR、復數數學(xué)、信號生成等的 DSP 庫。 此外，如果您熟悉 TMS320xF24xx 器件上的電機控制庫，此庫經(jīng)過(guò)多年的更新和優(yōu)化，已成為適用于 Piccolo 微控制器且經(jīng)過(guò)全面優(yōu)化的最新電機庫。 您可以找到與 TMS320xF24xx 器件的電機庫相同的功能，但我們使用更新的功能擴展了這個(gè)新庫，包括 3 相傳感和無(wú)傳感電機的控制。 此外，我們還針對基于太陽(yáng)能和數字能源的開(kāi)發(fā)提供了優(yōu)化的應用庫，為開(kāi)發(fā)人員提供一整套經(jīng)過(guò)應用調優(yōu)的庫，可縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

圖 6：controlSUITETM 軟件套件