基于A(yíng)RM7和DSP的逆變電源設計研究

2. 1 DSP 控制模塊

該模塊是逆變信號產(chǎn)生及反饋檢測調整模塊， 核心是一片C2000 系列高性能DSP 處理器TMS320F2808（以下簡(jiǎn)稱(chēng)F2808） , F2808 產(chǎn)生的SPWM 信號經(jīng)過(guò)CPLD 進(jìn)行邏輯延時(shí)移相形成三相逆變器IGBT控制信號。F2808 是德州儀器（ TI） 公司的一款高速DSP芯片， 最高運行速度可達100 MIPS, 為適應工控強干擾環(huán)境， F2808 內部集成了增強型輸入捕獲單元（ eCAP） 和帶死區控制功能的輸出比較PWM 產(chǎn)生單元（ ePWM） ,12 位16 通道快速ADC 單元； 內核支持用于定點(diǎn)DSP實(shí)現浮點(diǎn)運算的IQ 變換函數庫； 還有諸如SCI, SPI,eCAN 等豐富而通用的外設接口。如圖2 所示， 設計中F2808 的主要任務(wù)是監控IPS 功率部分的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和動(dòng)作， 根據逆變器和負載狀態(tài)反饋調整3 路SPWM波形的輸出，電池充電脈沖控制。DSP 輸出的3 路SPWM 信號直接送給CPLD，經(jīng)過(guò)CPLD 的等間隔脈沖延遲移相作為逆變器產(chǎn)生U, V, W 三相電的控制波形。

圖2 DSP 控制模塊框圖

2. 2 人機交互全局控制模塊

人機交互控制模塊是此IPS 設計中最為復雜的數字化管理模塊， 它不僅監測和管理逆變系統的運作， 還要保證IPS 控制器與外界的通信。設計中要求人機交互模塊能處理復雜的任務(wù)調度和很強的突發(fā)訪(fǎng)問(wèn)（ 中斷） 處理， 這就必須有較高運行速度；模塊內部還要有豐富的擴展接口提供IPS 與外部即時(shí)通信； 具備優(yōu)越的總線(xiàn)控制和訪(fǎng)問(wèn)機制等。綜合考慮上述需求， 設計中選擇了意法半導體（ ST ） 公司推出的最新32 位單片機STM32F103ZET6 （ 以下簡(jiǎn)稱(chēng)ST M32） 。ST M32 是基于A(yíng)RM7 Co rtexM3 內核架構的高速高性能嵌入式控制芯片， 擁有72 MHz 內核工作頻率和1. 25 DMIPS/ MHz的指令流水處理速度； 先進(jìn)的總線(xiàn)結構和多達16 級的帶DMA 功能搶占中斷機制（ NIVC） [ 10] 。如圖3 所示，設計中ST M32 通過(guò)SCI 接口及1 根中斷請求/ 接收線(xiàn)與DSP 2808 進(jìn)行通信； 利用片上擴展的其中2 個(gè)SCI 口分別作為RS 232 和RS 485通信協(xié)議口； CAN 總線(xiàn)接口和U SB 總線(xiàn)通過(guò)共享數據緩沖區和中斷向量入口與外界互聯(lián)通信；通過(guò)STM32 的26 位地址總線(xiàn)和16 數據總線(xiàn)擴展外掛256 KB SRAM 和4 MB N OR FLASH, 以及8 位數據口的LCM 模塊RA8806 以及用于SNMP 的16 位并行數據的以太網(wǎng)芯片W5100; 啟用ST M32 的SDIO 總線(xiàn)以啟用用戶(hù)插入SD 卡存儲查詢(xún)IPS 狀態(tài)數據功能； 啟用現場(chǎng)環(huán)境下獨立時(shí)鐘看門(mén)狗電路和STM32 特有的窗口看門(mén)狗；啟用內部芯片溫度傳感器采樣監控， RC時(shí)鐘源以及外部喚醒功能； 通過(guò)通用引腳接入DS18B20 溫度傳感器對環(huán)境溫度的采樣， 預留I2 C 方式E2PROM 和SPI 方式的DA TA FLASH 接口為產(chǎn)品后續升級開(kāi)發(fā)做準備。

圖3 STM32 模塊組成框圖