TI DSP TMS320F28x DSP

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1 TI DSP TMS320F28x DSP TI DSP 发展历程高泰科技基于 TMS320F2802 的变频器方案 TI DSP TMS320F28x DSP 介绍 TI DSP TMS320F28x 开发工具 TI DSP TMS320F28x 工业应用领域 1

2 TI DSP 发展历程 2

3 什么是 DSP(1)? 模拟信号 (Analog Signals): 在时域中, 时间和幅值连续变化的信号, 例如 : 声音 温度温度 压力等等数字信号 (Digital Signals): 对模拟信号按一定的时间间隔进行采样, 并将采样值进行量化, 也即时间和幅值均为离散的信号数字信号处理 (Digital Signal Processing): 用数学方法对上述的数字信号进行处理, 对信号进行变化或提取相应的信息实时处理 (Real-Time): 数字信号处理与信号的输入和输出保持同步非实时处理 (Non Real-Time): 先对信号进行采样并存储, 然后再对其进行处理数字信号处理器 (Digital Signal Processor): 用于实时完成上述数字信号处理的微处理器 3

4 什么是 DSP(2)? DSP: 数字信号处理, 即用数学方法处理数字化了的信号经典的数字信号处理方法 : 时域 : 信号滤波 FIR IIR 频域 : 频谱分析 FFT 数字信号处理的特点 : ΣAi Xi 高速实时 DSP: 特指数字信号处理器 4

5 DSP 与 MCU 硬件结构比较 多总线 : 片内多条数据 地址和控制总线 流水线执行 : 多个控制和运算部件并行工作 硬件乘法器 特殊指令 : MAC( 连乘加指令, 单周期同时完成乘法和加法运算 ) RPTS 和 RPTB( 硬件判断循环边界条件, 避免破坏流水线 ) 特殊寻址方式 : 位倒序寻址 ( 实现 FFT 快速倒序 ) 循环寻址 特殊片上外设 : 软件插等待电路 ( 便于与慢速设备接口 ) 数字锁相电路 PLL( 有利系统稳定 ) 丰富片上存储器类型 :RAM ROM Flash 等 丰富片上外部 : 定时器 异步串口异步串口 同步串口同步串口 DMA 控制器 HPI 接口 A/D 和通用 I/O 口等 5

6 多总线结构 ROM/ Flash SARAM B0 DARAM B1, B2 DARAM Memory- Mapped Registers 外部地址总线 PAB DRAB DWAB 外部数据总线 PRDB DRDB DWEB Control Bus On-Chip Peripherals/ Registers CPU External Signals 6

7 流水线操作 指令周期 Add F1 D1 R1 E1 Sub F2 D2 R2 E2 Mpy F3 D3 R3 E3 Store 完整的流水线 F4 D4 R4 E4 F- 取指 D- 译码 R- 读数 E- 执行 7

8 TI DSP 三大主流芯片系列 TMS320C2000 TMS320C5000 TMS320C6000 专为控制优化 低功耗高性能 最高处理速度 8

9 C2000 系列 DSP 子系列 C2xx 子系列 :16 位定点 DSP 20MIPS 代表器件 :TMS320F206PZ C24x 子系列 :16 位定点 DSP 20MIPS 代表器件 :TMS320F240 LF240x 子系列 :16 位定点 DSP 40MIPS 代表器件 :TMS320LF2407 F28x 子系列 :32 位定点 DSP 150MIPS 代表器件 :TMS320F2801 TMS320F2812 9

10 C2000 系列升级换代历史 Future of Control: Improved Industrial Drive 性价比趋势性价比趋势 Price & Control Performance High-Precision Uni-processor Control for Applications from Industrial Drives to Automotive Multi-Function, Appliance & Consumer Control C242 LC2403A F241 Under development : - Higher quality of MIPS - New peripheral integration LC2404A LF2401A LC2402A F240 F243 LF2403A LF2402A F LQFP LF2406A LF2407A LC2406A F LQFP F LQFP 179-u*BGA C LQFP F pin C LQFP R LQFP High-end F28x derivatives F pin C LQFP 179-u*BGA R LQFP 179-u*BGA F pin Cost optimized C28x derivatives 10

11 C2000 系列 DSP 当前主流型号 TMS320F2812 内核结构 密码保护 TMS320F2812 TM 128KW Flash 18Kw RAM Boot ROM Event Mgr A+B Memory Bus ADC 12Bitx16ch Interrupt Management 32x32-bit Multiplier C2812 TM 32-bit DSP 32-bit Timers (3) Real-Time JTAG R M W Atomic ALU 32-bit Register File Peripheral Bus Watchdog GPIO SPI 2 x SCI McBSP CAN 2.0B 11

12 TMS320F2812 与 LF2407 的比较 TMS320F2812 与 TMS320LF2407 比较 内核由 16 位变为 32 位, 速度由 40MHZ 增加到了 150MHZ 片内 SRAM 由 2.5K 增加到 18K,FLASH 由 32K 增加到 128K ADC 精度由 10 位增加到 12 位, 速度由 2M 增加到 12.5M 增加了一个 SCI, 一个 McBSP TI 提供较多的相关的行业应用的 LIB 库文件, 尤其是电机方面的, 可以加快客户的开发速度 通用 IO TMS320LF2407 与 TMS320LF2812 的管脚里面基本上除了 ADC 电源 JTAG, 其他接口都可以设置成 GPIO, 如 PWM,CAP,QEP,CAN,SCI,SPI 等, 客户可以灵活配置 12

13 高泰科技基于 TMS320F2802 的变频器方案 GT100 变频器控制板 13

14 比较 : 为变频器主控芯片选择理由 MCU 方案 (Intel 的 N87C196MC 瑞萨单片机等) 16 位 DSP 方案 (TI 的 TMS320F240x 等 ) 32 位 DSP 方案 (TI 的 TMS320F28xx 等 ) 100MHz. 处理器的运算速度更快 32 位内核, 处理数据精确高, 响应快 12 位 AD, 高速, 高精度, 高 S/N 比 支持 6 路 16 位的 PWM 信号, 500KHz 高分辨率 PWM 信号 128 位密码保护, 基本不能解密, 实现软件产权保护 设计支持 C 编程,C 程序执行效率等同汇编程序效率 优先的低成本设计方案, 适用终端产品的成本 14

15 TMS320F2802 实现变频器控制方案 GT100 控制板原理框图 15

16 TMS320F2802 实现变频器控制方案 GT100 控制板硬件资源 1TMS320F2802 是内核 1.8V IO 3.3V 的电源, 控制板只要求输入 5V 电源, 通过 LDO 转换为 1.8V 3.3V, 并用电源监测管理芯片控制复位信号和看门狗功能 2 模拟输入的信号包括 : 通过 0/4~20mA 0~10V 等输入的调速信号 ; 电流传感器输出的电流信号 ; 控制电源监测输入信号 ; 主电路功率模块的温度传感器输出经调理后的温度电压信号 所有模拟信号送入 DSP 的 12 位 AD 接口进行模数转换 输出的信号有 : 通过 DSP 的辅助 PWM, 用于输出对应脉宽的 PWM 信号, 通过电路调理对应 0~10V 电压的模拟信号输出 3 各种保护信号 ( 包括过流保护信号 短路保护信号短路保护信号 过欠压信号等 ) 输入 PLD 锁存, 再送到 DSP 保护专用 TZ 引脚, 实现故障锁存和快速关断 PWM 信号 其他 IO 信号由 DSP 或 PLD 处理 4 键盘 显示的接口 : 通过 RS232 接口与键盘显示通信, 完成变频器的参数设置 显示等用户接口功能 ; RS485 串行接口 : 用于系统组网, 用于多个变频器的协同工作 ; CAN 现场总线 : 目前保留, 用于以后的扩展 5 不需要快速响应的输入 输出信号输出信号, 包括一些状态 指示开关量指示开关量 66 路 PWM 驱动信号, 由 DSP 的专用 PWM 发生器输出, 带死区功能 16

17 基于 TMS320F2802 变频器方案特点 1 频率 0~400Hz 可调整, 真正精确到 0.01Hz 的精确频率分辨率 ; 低速大力矩, 0.5Hz/150%; 过载能力 150%; 2 开关频率 1.0kHz~16kH 连续可调, 或者自动跟踪主频调整 ; 3 多种加减速曲线 加减速时间设置加减速时间设置, 适合不同工况 ; 4 多种计时设置, 用于点动 多段速多段速 多段计时控制多段计时控制 ; 5 多种固定方程 V/f 曲线选择, 多种用户采点方式拟合 V/f 曲线设置, 用于不同负载, 适合做不同的起动转矩提升 ; 6 可编程 IO 接口, 模拟量 0~20mA 4~20mA 0~5/10V -5/-10~5/10V 输入调速方式选择 频率设定方式 : 数字设定 模拟量设定模拟量设定 串行通讯设定串行通讯设定 PID 设定 脉冲设定 键盘设定等 ; 7 完善的保护功能 : 过 欠压欠压 过流过流 过载过载 短路短路 过热过热 存储器错误存储器错误 CPU 错误 控制电源错误等, 并提供各种错误显示 ; 8 内置功能 : 如 PID 瞬时停电恢复瞬时停电恢复 AVR 转速跟随起动转速跟随起动 模拟 PLC 功能等 ; 9 软件自主知识产权, 依托电机控制国家重点实验室, 硬件平台扩展余量大, 可以实现 SPWM SVPWM 无传感器矢量控制无传感器矢量控制 改进型 SVPWM( 减少开关损耗 1/3 以上 ) 死区补偿等控制算法, 软件可维护性好, 可读性好, 移植性强, 厂家可以方便地进行二次开发 ; 10 提供 demo 版基于 TMS320F2802 的变频器程序, 提供 CCS 与 Matlab 的仿真接口, 并提供相应的开发包 开发板开发板, 便于厂家二次开发和调试 17

18 TI DSP TMS320F28x 开发工具 18

19 MCU: 仿真器 DSP 与 MCU 仿真器比较 DSP: 代替方式 硬件时序为仿真器硬件时序, 与目标系统时序有一定差异 或多或少占用目标硬件资源 仿真头制作较难 仿真电缆较短, 使用不便 不同 MCU, 工具不同, 用户投资加重 接口方式 硬件时序即为目标系统时序 不占目标系统硬件资源 仿真头制作方便 仿真电缆较长, 使用方便 不同的 DSP, 仿真接口标准, 工具相同, 用户投资有保障 19

20 仿真器连接方法 计算机上安装 CCS 软件 计算机 USB2.O 并口 PCI 插卡 DSP 硬件仿真器 DSP 目标板 JTAG 接口 20

21 仿真器 DSP 仿真器 (1) JTAG 或 MPSD 标准仿真接口 仿真器只提供接口标准, 无任何目标系统资源, 与目标无关 不占目标系统硬件资源 接口形式 :PCI ISA 并口 支持 TMS320 全系列 DSP 兼容 3.3/5V 支持并行多片开发 支持 ARM+DSP 注 : 如果你使用 3.3V 的 DSP, 你必须使用 3.3V5V 兼容的仿真器 你不能将 5V 的 TTL 信号直接加在 DSP 的输入上 21

22 集成调试环境 CCS Code Composer Studio 功能强大 开放型实时开发工具 DSP 领域第一个 : 完整的 开放型集成开发环境 (IDE ) 直观 易用 在无需停止 DSP 运行, 即可观察 DSP 的信息 具有实时分析功能 开放的环境 可加入第三方插件 (Plug-Ins) 22

23 23 高泰科技高泰科技高泰科技 DSP DSP DSP 集成调试环境集成调试环境集成调试环境集成调试环境 CCS CCS 调试界面调试界面调试界面调试界面当前当前当前当前程序程序程序程序执行点执行点执行点执行点工程工程工程工程文件文件文件文件菜单条菜单条菜单条菜单条断点断点断点断点输出窗输出窗输出窗输出窗口命令窗命令窗命令窗命令窗口存储器存储器存储器存储器窗口窗口窗口窗口

24 信号分析图形化 集成调试环境 CCS 数据可视 以自然的格式观察信号 在变量有效时修改其值并观察它们的影响 多种应用专用的画图工具 时域 / 频域图 FFT Eye diagram Constellation plot Image displays and more No code changes required 24

25 集成调试环境 CCS C 源代码级调试 25

26 基础 : 软件库 马达控制与数字电源专用软件模块 外设与通信驱动程序 三角与对数例程 信号处理功能 信号生成器功能 电源转换相关功能 26

27 IQMath:32 位定点 C28x 上的虚拟浮点功能 面向 C28x 的免费软件库, 包括 : 针对模拟和目标设备的统一源代码集 基于应用要求的可调节数字解析度 在不牺牲时间和工作周期的情况下确保数字准确度 快速转换 / 移植并实施算法 该方法适用于不需要较大动态范围的算法, 如控制 音频音频 调制解调器和电信等应用调制解调器和电信等应用 浮点传统定点 Q float Y, M, X, B; Y = M * X + B; long Y, M, X, B; Y = ((i64) M * (i64) X + (i64) B << Q)) >> Q; 以 C++ 编写的 IQmath iq Y, M, X, B; Y = M * X + B; 27

28 马达控制专用软件模块 基础 : 软件库 正向和逆向 Clarke/Park 转换 BLDC 专用 PWM 驱动程序 柱脚电流测量驱动程序 BLDC 转换触发器 ACI 速度和转子定位估计器 PID 控制器 扩增精确度 PID 控制器 外设和通信驱动程序 SCI (UART) 分组驱动程序 虚拟 SPI 驱动程序 虚拟 I2C 驱动程序 串行 EEPROM 驱动程序 GPIO 驱动程序 定点三角与对数例程定点正弦 余弦余弦 正切例程正切例程 平方根平方根 对数函数对数函数 倒数计算倒数计算 IQ Math 32 位虚拟浮点库乘 除取整, 乘法取整和饱和, 平方根 正弦和余弦例程正弦和余弦例程 信号处理功能 FIR ( 一般级 ) FIR( 十次 ) FIR( 20 次 ) 采用循环缓冲器的 FIR 和 512 点复杂和实际 FFT 信号生成器功能正弦生成器 斜坡生成器斜坡生成器 梯形描述生成器功率转换相关功能 RMS 计算 实际功率与表观功率计算实际功率与表观功率计算 THD 计算 PFC 控制器 28

29 TI DSP TMS320F28x DSP 介绍 29

30 TI 控制产品系列 DSP 16/32 位 C2000 控制器 高达 32 位 150 MIPS TMS470 MCU ARM7TDMI 高性能数字信号控制器 马达控制 数字电源 高级传感 业界标准 汽车 工业 8 位 MSP430 MCU 超低功耗 测量 能量测量 便携仪表 性能 30

31 MCU 市场总值于 2008 年将超过 150 亿美元 WSTS 2005 年 10 月发布的 MOS 微器件市场总值 ( 单位 : 百万美元 ) 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 TMS320 DSPs TMS470 MCUs MSP430 MCUs /8b MCU 16b MCU >=32b MCU DSP 31

32 TMS320C2000TM 控制器将 DSP 的高性能与 MCU 的易用性实现完美结合 高 自然升级 具备功能强大的 DSP 处理内核的 MCU C2000 数字信号控制器 控制代码效率低 MCU l 控制优化型内核 l 闪存 l 灵活 可靠的外设 l 模拟集成 算法处理能力 用于数学密集型函数的专用硬件 简化系统控制 可实现系统效率与低成本的高集成度 高 DSP 性能 DSP 低 数学代码效率 高 32

33 C2000 控制器产品发展蓝图 器件 量产样片开发 F281x C281x 150 MIPS 闪存 /ROM/RAM KB F2809 性能 F28015 F28016 F2801 F2802 C2801 C2802 F F F2806 F2808 高达 100 MIPS 闪存 /ROM KB 引脚兼容 C280xx 2006 年第三季度投入量产 LC240x C240x 40 MIPS 闪存 /ROM KB F = 闪存 C = 定制 ROM R = 仅用 RAM 集成度 33

34 TMS320LF2401A/LC2401A 业界最小 16 位 DSP 控制器 8Kw 存储存储器 1Kw RAM 程序 / 数据 / I/O 总线 (16- 位 ) C24x TM 16 位 DSP 内核 ALU 寄存器 s Barrel Shifter Hardware 协议栈 Accumulator TMS320F2808 控制器 128 KB 存储器 100 MIPS C28x TM 32 位 DSP 32x32 位乘法器 32- 位计时器 (3) 实时 JTAG 36 KB RAM 存储总线 中断管理 R M W 原子 ALU 32- 位寄存器文件 自引导只读存储器 Boot ROM 外设 Bus 外设总线 宽泛的产品系列 事件 Manager 10- 位 5- 通道 ADC SCI/UART 看门狗 Timer GPIO 增强事件管理 ADC 12 位 ADC 看门狗 GPIO 4 x SPI 2 x SCI I²C 双通道 CAN 2.99 美元每 1 万片单价 1.99 美元每 1 万片单价 100 MIPS TMS320LF2406A 最受欢迎的多功能 C2000 控制器 TMS320F2810/11/12 控制器 最强大的控制功能 256 KB 存储器 + OTP XINTF 64kB 8K 存储存储器 C24x TM 16- 位 DSP 内核 ALU Barrel Shifter 36 KB RAM 存储总线 中断管理 5KB RAM 寄存器 s Hardware 协议栈 Accumulator 自引导只读存储器 150 MIPs C28x TM 32- 位 DSP 32x32 位 R M W 乘法器原子 32- 位 ALU 计时器 (3) 32- 位实时寄存器 JTAG 文件 Boot ROM 程序 / 数据 / I/O 总线 (16- 位 ) 外设总线 外设 Bus 2 事件 Manager 10- 位 16- 通道 ADC SCI/UART 看门狗 Timer GPIO 事件管理 A 事件管理 B 12 位 ADC 看门狗 GPIO McBSP CAN 2.0B SCI/UART-A SCI/UART-B SPI SPI CAN 7.51 美元每 1 万片单价 美元每 1 万片单价 34

35 性能 存储器与外设选择的优化组合 代码安全性 KB 存储器 C28x TM 32- 位 DSP 32x32- 位乘法器 32 位计时器 (3) 实时 JTAG 12-36KB RAM 存储总线 中断管理 R M W 原子 ALU 32- 位寄存器文件 TMS320F280x 自引导只读存储器 外设总线 epwm eqep ecap 计时器 ADC 看门狗 GPIO 高达 4 x SPI 高达 2 x SCI I²C 达到双通道 CAN 32 位 DSP 内核 100 MIPS 性能 单周期 32x32 MAC 超快中断响应 存储器 存储器 : 32 KB 256 KB RAM: 12 KB 36 KB 自引导只读存储器 : 高达 64 KB 控制外设 控制外设多达 5 个三相逆变器 多达 16 个独立 PWM 通道 多达 4 个增强型捕获单元 高达 2 个增强型 QEP 单元 增强型计时器单元 35

36 性能 存储器和外设选择的优化组合 代码安全性 KB 存储器 C28x TM 32- 位 DSP 32x32- 位乘法器 32- 位计时器 (3) 实时 JTAG 12-36KB RAM 存储总线 中断管理 R M W 原子 ALU 32- 位寄存器文件 TMS320F280x TM 自引导只读存储器 外设总线 epwm eqep ecap 计时器 ADC 看门狗 GPIO 高达 4 x SPI 高达 2 x SCI I²C 达到双通道 CAN ADC 高速吞吐能力 ( 高达 6.25 MSPS ) 12 位解析度 同步或单次采样模式 16 通道多路复用输入 2 个集成的采样保持器 内外部参考 通信 多达 4 个 SPI 通道 多达 2 个 SCI I 2 C 接口和多和多达 2 个 CAN 端口 36

37 TMS320F 与 F 控制器 目前 32 位 F2801 与 F2802 控制器的 60 MHz 版本 F 每千片建议零售价 :3.95 美元 F 每千片建议零售价 :4.75 美元 与 100 MHz F2801/F2802 控制器相同的外设集 具备 267 ns 转换速度 (3.75 MSPS) 的 12 位 ADC 与所有 F280xx 控制器引脚兼容 软件可完全移植 即刻投入量产 代码安全性 32 KB (F2801) 64 KB (F2802) 闪存 C28x TM 32 位 DSP 60 MIPS 32x32 位乘法器 32 位计时器 (3) 实时 JTAG 12 KB RAM 存储总线 中断管理 R M W 原子 ALU 32 位寄存器文件 TMS320F280x-60 自引导只读存储器 外设总线 6 PWM 1 QEP 2 CAP 9 个计时器 ADC 看门狗 35 GPIO 2 x SPI 1 x SCI I²C CAN 37

38 TMS320F28015 与 F28016 控制器 最低成本 F280xx 器件 F28015 每千片建议零售价 :3.25 美元 F28016 每千片建议零售价 :3.50 美元 60 MIPS 32 位性能 集成度 具备静带的 8 个 PWM 通道 具备 16 个通道 速率为 3.75 MSPS 的 12 位 ADC 与所有 F280xx 控制器引脚兼容 软件可完全移植 即刻投入量产 代码安全性 32 KB 闪存 C28x 32-bit DSP 60 MIPS 32x32 位乘法器 32 位计时器 (3) 实时 JTAG 12 KB RAM 存储总线 中断管理 R M W 原子 ALU 32 位寄存器文件 TMS320F2801x 自引导只读存储器 外设总线 8 PWM (4 HRPWM) 2 CAP 计时器 ADC 看门狗 GPIO SPI SCI I²C CAN (F28016) 38

39 C2000 Controller Generation TMS320 Flash KB RAM KB ADC ADC ns PWM/ Hi-Res. CAP/ QEP Communication Ports EMIF Timers WD Timer I/O Pins Supply (v) Packaging 1K SRP F ,16,12bit /4 2/0 SPI, SCI, I 2 C 9 Y / LQFP $3.25 F ,16,12bit /4 2/0 SPI, SCI, CAN, I 2 C 9 Y / LQFP $3.50 F ,16,12bit 270 8/3 2/1 2x SPI, SCI, CAN, I 2 C 9 Y / LQFP $3.95 F ,16,12bit 270 8/3 2/1 2x SPI, SCI, CAN, I 2 C 9 Y / LQFP $4.75 F ,16,12bit 160 8/3 2/1 2x SPI, SCI, CAN, I 2 C 9 Y / LQFP,100BGA $5.80 F ,16,12bit 160 8/3 2/1 2x SPI, SCI, CAN, I 2 C 9 Y / LQFP,100BGA $7.10 F ,16,12bit /4 4/2 4x SPI, 2x SCI, CAN, I 2 C 15 Y / LQFP,100BGA $8.70 F ,16,12bit /4 4/2 4x SPI, 2x SCI, 2x CAN, I 2 C 15 Y / LQFP,100BGA $11.60 F ,16,12bit 80 16/6 4/2 4x SPI, 2x SCI, 2x CAN, I 2 C 15 Y / LQFP,100BGA $12.95 F ,16,12bit /2 SPI, 2x SCI, CAN, McBSP Y 7 Y / LQFP,179BGA $15.65 F ,16,12bit /2 SPI, 2x SCI, CAN, McBSP 7 Y / LQFP $14.73 F ,16,12bit /2 SPI, 2x SCI, CAN, McBSP 7 Y / LQFP $13.81 R2812 N/A 40 2,16,12bit /2 SPI, 2x SCI, CAN, McBSP Y 7 Y / LQFP,179BGA $10.63 R2811 N/A 40 2,16,12bit /2 SPI, 2x SCI, CAN, McBSP 7 Y / LQFP $9.11 LF ,16,10bit /2 SPI, SCI, CAN Y 4 Y LQFP $8.83 LF ,16,10bit /2 SPI, SCI, CAN 4 Y LQFP $8.33 LF ,8,10bit /1 SPI, SCI, CAN 2 Y LQFP $8.21 LF /1 1,8,10bit /0 SCI 2 Y PQFP $7.09 LF ,5,10bit /0 SCI 2 Y LQFP $ POWER METER DPS DMC

40 TI DSP TMS320F28x 工业应用领域 40

41 TMS320C2000 DSP 控制器 马达控制 高级传感 数字电源 41

42 Digital Power Supply Provides control, sensing, PFC, and other functions TI DSP TMS320F28x 工业应用领域 Optical Networking Control of laser diode Printer Print head control Paper path motor control TV screen Deflection of electron beam for small angle and sharp corner TV screen Tire Pressure Low cost pressure sensing based on tire rotation speed measurement Automotive - EPS Battery operated precision for steering Segway Many new cool Application to come 42

43 C2000 主要应用 Digital Motor Control (DMC) Digital Power Supply (DPS) Power System Other EE Applications( 传感器等 ) 43

44 Digital Motor Control (DMC) 电机数字化控制 Motor Drive 单相交流感应电机 (Single phase AC Induction Motor) 永磁同步马达 三相交流感应电机 Switched Relunctance Motor 直流无刷电机 步进马达 应用逆变器起重纺织机械 ( 绣花机, 钉扣机.) 工业缝纫机白色家电 ( 空调 洗衣机.) 电动自行车汽车 (ABS,EPS, ) 伺服系统 44

45 Digital Motor Control (DMC) 电机数字化控制 GP Drive White Goods E-Bike /Vehicle Tools and Others

46 DMC GP Motor Drive SEWING MACHINE/ Embroidery ROBOT CLEANER ELEVATOR/ ESCALATOR COMPRESSOR PUMP Servo/ CNC INDUSTRIAL VFD / GP MOTOR DRIVES TREADMILL

47 产品主要特色 High Bandwidth--150MIPS Scalable, DMC-specific Peripherals ADC, up to 12-Bits resolution ADC, as fast as to 50-ns conversion time Fast Interrupt Response Large Flash/Mask Memory Code Security Multifunction IO ports Multiple Communication Peripherals Mature Product Clear Road Map EMIF Reference Available Good Support High Performance/Cost Ratio 47

48 DMC 与 DP 库中的模块化系统 系统 马达类型 描述 C24xx F28xx ACI1-1 1 ph AC 感应 带传感器 Tacho i/p VHz / SinePWM / 封闭式循环 (CL) 速度 PID SPRC110 ACI3-1 3 ph AC 感应 带传感器 Tacho i/p VHz / SVPWM / 封闭式循环速度 PID SPRC106 SPRC130 ACI3-2 3 ph AC 感应 无位置传感器 MRAS( 速度估计器 ) VHz / SVPWM / 封闭式循环速度 PID SPRC104 - ACI3-3 3 ph AC 感应 带传感器 Tacho i/p FOC / SVPWM / 用于 D Q / CL 速度 PID 的封闭式循环电流 PID SPRC111 SPRC077 ACI3-4 3 ph AC 感应 无位置传感器 Direct Flux 估计器 + 速度估计器 FOC / SVPWM / 用于 D Q / CL 速度 PID 的封闭式循环电流 PID SPRC127 SPRC079 PMSM3-1 3 ph 永久管理同步 带传感器 - QEP FOC / SVPWM / 用于 D Q / CL 速度 PID 的封闭式循环电流 PID SPRC107 SPRC129 PMSM3-2 3 ph 永久管理同步 无位置传感器 SMO( 滑动模式观察器 ) 位置估计器 FOC / SVPWM / 用于 D Q / CL 速度 PID 的封闭式循环电流 PID SPRC109 SPRC128 PMSM3-3 3 ph 永久管理同步 带传感器 - 分解器 FOC / 用于 D Q / CL 速度 PID 的 CL 电流 PID SPRA605 SPRC178 PMSM3-4 BLDC3-1 3 ph 永久管理同步 3 ph 梯形无刷 DC 带传感器 - QEP FOC / 定位控制带传感器 3 霍尔有效 i/p 梯形 / 封闭式循环电流 PID / CL 速度 PID 最新 - SPRC112 SPRC179 SPRC175 BLDC3-2 3 ph 梯形无刷 DC 无位置传感器 BEMF / 零交叉检波 Trapezoidal / 封闭式循环电流 PID / CL 速度 PID SPRC108 SPRC176 DCMOTOR 3 ph 梯形无刷 DC Brushed DC / 带传感器 / 速度与位置 / 不带指数的 QEP 高泰科技 - DSP 48 SPRC177

49 电机控制系统逻辑模块示意图 AC Input Bridge Rectifier DC link Power converter MOSFET/I GBT Motor Load voltage sense OP Amplifier MOSFET driver Current sense Current Sensing Difference Amplifier SMPS PFC Resolver Power supply LDO DC/DC SVS C2000 DSP Controller LF240x F280x F281x ADCs Optical encoder Hall effect Network interface 4-20mA interface CAN RS485 RS232 ADC DAC Ethernet 4-20mA LVDS Loop CAN Bus RS485 RS232 +/- 10V +/- 10V

50 Digital Motor Control Based On C2000 Controller AC Input Bridge Rectifier PFC MOSFET/IGBT Power converter MOSFET/IGBT Motor Load UC3842 voltage sense LM324, TLV274, TLV2774 Current sense LM324, TLV274, TLV2774 TPS767D318 TPS767D301 TPS76x33 TPS76x18 ADC PWM C2000 DSP Controller LF240x F280x F281x ADC ADC QEP Resolver Optical encoder SVS TPS380x CAN SCI SCI CAP SPI/EMIF Hall effect SN65HVD230/1 SN65HVD10/1/2 MAX3221/2/3 ADS8361 TLC354x ADS7864 CAN Bus RS485 RS232 +/- 10v

51 缝纫机电机控制原理示意图 AC 85V~265V Filter & Rectifier Power Relay PFC Module (optional) Power Electronic Converter Motor ACI/BLDC/PMSM Voltage transformer Current Hall Sensor Position Sensor (Encoder) Needle Bar Sensor GPIO T2PWM AD pwm1-pwm6 AD QEP/CAP Reverse Stitch electromagnetic Lifter Sensor Needle Bar Sensor GPIOs Servo Controller (LF2402/LF2406/F2801) GPIOs Thread Cutter Electromagnetic Thread Trimmer Electromagnetic Reverse Stitch Switch GPIOs Presser Foot Lifter Electromagnetic Display & Operation Interface Panel

52 E-bike/Scooter 无刷 电机 Hall Device 电压 传感器 电流信 号处理 驱动 模块 驱动 模块 驱动 模块 控制器 温度 PWM1 I/O PWM2 PWM3 I/O PWM4 PWM5 I/O PWM6 A/D1 手柄指令 模拟助力信号 A/D2 A/D A/D3 A/D4 A/D5 LF/C2401A I/O I/O 刹车信号 巡航开关 数字助力信号 I/O 报警 速度 欠压 模式切换

53 电源系统应用 Power Monitor Power Protector Motor Protector Multi Function 3 Phase E-meter w/o PLC Low-End 3 Phase E-Meter with PLC High-End 1 Phase E-Meter with PLC 53

54 3-Phase Multi-Function Energy-Meter Block Diagram LCD Display Transducers Current Sense Voltage Sense Signal Process & Analog Digital Convert Data Process & System Manage Pre-Paid Card Inrerface Infrared Interface Power Supply Module Circuit Breaker Data Communication or Automatic Meter Reading 54 C2000 DSP ADC DAC CAN RS485 RS232 LVDS OPAMP POWER

55 3-Phase Power Energy Meter Based on F280x + MCU ABC 3 Phase Voltage ABC 3 Phase Current Sample Module Amplifiers SPI TI TMS320F280x SCI RS485 PLC SPI AC-DC 7~40V Power Module DC-DC 3.3V 5V TPS x Core Main Power Backup Battery Management Module MCU(MSP430) LCD Keyboard GPRS Why C2000 DSP performance (phase error comp in addition to rms, harmonic analysis, and etc.) Integrated flash and program security Integrated comms ports Etc. 55 C2000 DSP ADC DAC CAN RS485 RS232 LVDS OPAMP POWER

56 3-Phase Power Energy Meter Based on F280x ABC 3 Phase Voltage ABC 3 Phase Current Sample Module Amplifiers SPI SCI RS485 PLC AC-DC 7~40V Power Module DC-DC 3.3V 5V TPS x Core Main Power Backup Battery TI TMS320F280x LCD Keyboard GPRS Why C2000 DSP performance (phase error comp in addition to rms, harmonic analysis, and etc.) Integrated flash and program security Integrated comms ports Etc. 56 C2000 DSP ADC DAC CAN RS485 RS232 LVDS OPAMP POWER

57 N R S T Voltage Sense 3 Phase E-Meter with PLC Based C280x SCI RS485RF ISM Readout/Service Terminal Resistor Dividers SPI Pre-Paid Card Interface I 2 C Display Amplifiers ADC DSP TMS320C2806 Keyboard GPIO Circuit Breaker Current Sense PWM Receive filter OPA353 AC blocking cap OPA561 Coupling transformer Power Supply 3.3V 1.8V GND Line Driver Entire E-Meter & PLC system in a DSP 57 C2000 DSP ADC DAC CAN RS485 RS232 LVDS OPAMP POWER

58 针对高级传感的 F280xx 控制器 何谓 高级 传感? 监控器系统参数 对比希望达到的状态与实际系统状态 刺激输出以控制状态 应用范围 工业测量 流量计 水 / 空气质量 计量设备 光与颜色传感 医疗仪表 肌肉刺激器 血细胞计数 : 血液分析 氧气传感器 牙科 X 光线照相术 消费类 / 零售 RFID 检测与去激活 条形码扫描仪 触摸屏控制 音频反馈控制 噪声消除 音效 车载 雷达防碰撞系统 阀门 点火与油门 油量传感器 压力传感器 转矩 / 惯性传感器 爆震与噪声消除 为何选择 F280xx 控制器? 能够执行数学密集型算法 单周期乘法硬件 更佳存储配置以及更深管线 能够在单个环路中执行更多或更出色的计算更快的运算可以为添加额外功能提供省下的周期数 32 位单周期精度降低量化 舍入 截位 溢出以及下溢误差值 58