關鍵詞：PSD3XX ADMC401 PWM SVG

隨著微機控制技術的廣泛應用以及控制系統復雜性和實時性要求的不斷提高，很多控制系統都對高速、多功能、大容量控制器的被控對象提出了各種要求控制。尤其是在工業(yè)應用領域中，系統需要快速地完成大量數據的采集和處理以及控制信號的接收和發(fā)送等諸多功能，這樣，一般的單片機系統很難滿足要求。因此，如何設計一個實用、經濟、合理的高性能控制系統已成為設計的關鍵。

１　ＰＳＤ芯片說明

對于一個單片機系統，如果采用常規(guī)的ＲＡＭ、ＲＯＭ和邏輯器件分離的系統連接方式，必定會使整個控制電路過于龐雜，從而給設計和調試帶來很大的困難，同時也會降低系統的穩(wěn)定性。而美國ＷＳＩ公司生產的可編程外圍邏輯器件ＰＳＤ系列芯片內集成有ＥＰＲＯＭ、ＳＲＡＭ和ＰＬＤ陣列等部件，它將單片機所需的多個外圍芯片集成在一個芯片內，從而大大地簡化了硬件電路的設計，減少了印制電路板的面積，縮短了開發(fā)周期。圖１是ＰＳＤ３系列器件的組成結構。

從圖中可以看到ＰＳＤ３ＸＸ內部有２５６ｋ位到１Ｍ位不等的ＥＰＲＯＭ，它們被均勻地分為８個相同大小的區(qū)，每個區(qū)都有相應的選擇信號，通過ＰＳＤ中ＰＬＤ譯碼部分可產生相應的選擇信號。還有一些主要的功能部件，如多個單獨可配置Ｉ／Ｏ端口、兩個可編程陣列（ＰＡＤ Ａ和ＰＡＤ Ｂ）、１６ｋ位靜態(tài)ＲＡＭ等。對于較大的系統，還可以通過水平級聯（以增加總線寬度為特點）或垂直級聯（以增加子系統深度為特點）等方式并配置多個ＰＳＤ３ＸＸ來完成。ＰＳＤ３ＸＸ可以和多路復用或非多路復用總線的１６位微控制器接口。并支持多種ＭＣＵ，例如Ｉｎｔｅｌ的８０１９６、８０３８６ＥＸ，Ｍｏｔｏｒｏｌａ的６８ＨＣ１６、６８３ＸＸ，Ｐｈｉｌｉｐｓ的８０Ｃ５１ＸＡ以及ＡＤ公司的ＡＤＳＰ２１０５等。如此大的儲存空間和功能單元極大地方便了單片機的嵌入式設計，同時地為用戶提供了更為簡單靈活的解決方案。圖２是常規(guī)的單片機系統和由ＰＳＤ組成的系統進行硬件結構比較的示意圖，可見運用ＰＳＤ后，系統結構得到極大簡化。

圖2 常規(guī)單片機系統和由PSD組成的兩片系統比較圖

２?。粒模停茫矗埃毙酒f明

對于系統設計者來說，數字信號處理（ＤＳＰ）的普遍使用正在成為一股潮流。ＡＤＭＣ４０１?１??２?芯片即是一個基于單片ＤＳＰ的控制器，適合工業(yè)應用領域中的高性能控制。該芯片集成了一個２６ＭＩＰＳ定點內核ＡＤＳＰ－２１７１，其編碼與ＡＤＳＰ－２１ｘｘ ＤＳＰ 系列完全兼容。該內核具有一套完備的外圍控制接口，可以在高度集成環(huán)境中快速實現對元器件的控制。另外，它還包含三個計算單元、兩個數據地址發(fā)生器和一個程序定序器，其中計算單元包含一個算術邏輯單元ＡＬＵ、一個乘法／累加器?ＭＡＣ?和一個桶式移位器，而內核也增加了位操作、平方、四舍五入和全局中斷屏蔽等指令。除此之外，ＡＤＭＣ４０１芯片還包括兩個靈活的雙緩沖器以及雙向同步串行口。圖３為ＡＤＭＣ４０１的功能框圖。從圖中可以看到：該芯片提供有２ｋ×２４位的內部程序儲存器ＲＡＭ、２ｋ×２４位的內部程序存儲器ＲＯＭ、１ｋ×１６位的內部數據存儲器ＲＡＭ、一個高性能８通道１２位模數轉換ＡＤＣ系統（它能經過４對輸入實現雙通道同時采樣）、一個三相１６位中心對稱的ＰＷＭ發(fā)生器（能以最小開銷產生高精度的ＰＷＭ信號）、一個增量編碼器接口單元、２個可調頻的輔助ＰＷＭ輸出、１２條Ｉ／Ｏ數字信號線、一個雙通道事件捕獲系統一個１６位看門狗定時器和２個１６位內部定時器等。

程序和數據ＲＡＭ可以通過串行口引導程序裝入，內部程序和數據ＲＡＭ也可以從外圍設備經地址總線和數據總線引導程序裝入。此外，ＡＤＭＣ４０１芯片還可充分利用ＤＳＰ內核的地址和數據總線，同時增添了重要的外存儲器和外設擴展能力，因而可擴展外部程序存儲器和數據存儲器容量，并使得ＤＳＰ內核能夠尋址到１４ｋ×２４ 位的外部程序存儲器和１３ｋ×１６ 位的外部數據存儲器，從而為其與ＰＳＤ接口提供方便。

圖3 單片數字信號處理（DSP）器ADMC401功能框圖

３?。粒模停茫矗埃迸cＰＳＤ３１１的接口設計

由于ＰＳＤ３ＸＸ內部提供了許多應用系統所需要的全部元件和“外圍”，這使得設計兩片式計算機系統成為可能。對于８０５１，８０１９６和６８ＨＣ１１等微控制器來說，與ＰＳＤ相配合是極為方便的。同樣，對于提供了外擴程序、數據存儲空間的ＡＤＭＣ４０１來說，也可以和ＰＳＤ相配合?？紤]到系統成本，推薦使用的ＰＳＤ芯片為ＰＳＤ３１１（現有價格最低的產品）。

ＡＤＭＣ４０１芯片的引導程序裝載可以通過引腳ＭＭＡＰ和ＢＭＯＤＥ的各種不同狀態(tài)來完成，如果引腳ＭＭＡＰ和ＢＭＯＤＥ所加的電壓都為“０”，那么ＡＤＭＣ４０１將工作在所謂的ＥＰＲＯＭ引導程序模式，其中被稱為“引導存儲器”的專用外部存儲空間將允許芯片和字節(jié)寬度的ＥＰＲＯＭ相連，并在上電時通過存儲器接口從外部裝載程序；而如果引腳ＭＭＡＰ和ＢＭＯＤＥ設置為其它電位，那么將會產生不同的引導模式。另外，ＡＤＭＥ４０１芯片還有一個專門的低電平有效信號ＢＭＳ（Ｂｏｏｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ｓｅｌｅｃｔ，引導存儲器選擇），可用于簡化引導存儲器的接口。以上這些功能極大地方便了ＡＤＭＣ４０１和ＰＳＤ的接口設計。圖４為ＡＤＭＣ４０１和ＰＳＤ３１１的接口電路圖（圖中還包括一些其它外圍）。

圖4 ADMC401-PSD311接口電路圖

    由圖可見，ＡＤＭＣ４０１與ＰＳＤ３１１的連接幾乎和它與標準的ＥＰＲＯＭ連接一樣簡單。由于總線的通路布在ＡＤＭＣ４０１內部，因此，ＰＳＤ３１１的８根數據線并不是像常用的與ＡＤＭＣ４０１的Ｄ７～Ｄ０相連，而是與Ｄ１５～Ｄ８相連。另外，還要注意，地址的最高位是由ＡＤＭＣ４０１的Ｄ２２線提供的（在ＡＤＭＣ４０１中沒有Ａ１４地址線）。其ＢＭＳ信號可用于ＥＰＲＯＭ的片選并與ＰＳＤ３１１的Ａ１９輸入相連，Ａ１９在ＰＳＤ的程序里將被定義為芯片使能信號，而由ＡＤＭＣ４０１生成低有效讀和寫選通脈沖，它們通常與對應于ＰＳＤ３１１的ＲＤ和ＷＲ輸入相連，這些選通脈沖在傳輸中可用來選通ＰＳＤ３１１的ＥＰＲＯＭ和ＲＡＭ。

ＡＤＭＣ４０１有２ｋ×２４位的內部程序存儲空間。在采用ＥＰＲＯＭ引導程序模式時（ＭＭＡＰ＝０，ＢＭＯＤＥ＝０），外部程序可通過ＡＤＭＣ４０１內部的定序器按照本身的２４位命令格式一次性全部下載到其內部程序存儲空間。當然，應用程序可能大于ＡＤＭＣ４０１內部的程序存儲空間。但是，無需擔心，程序如果執(zhí)行到后面的代碼，ＡＤＭＣ４０１會自動重新引導。引導程序存儲器由八頁組成，每頁８ｋ字節(jié)。一頁中除了第一個字節(jié)外，每隔三個字節(jié)有一個空字節(jié)，第一個字節(jié)是該頁的長度，在兩個相鄰空字節(jié)中，每組三個字節(jié)包含一個要裝入ＤＳＰ 內部程序存儲器的２４位指令，也就是說，２ｋ×２４位的內部程序存儲空間需要８ｋ×８位的外部存儲空間。在ＡＤＭＣ４０１的開發(fā)工具中，有一個程序存儲器ＰＲＯＭ的分配器實用程序“ＳＰＬ２１．ｅｘｅ”可為用戶程序計算正確的頁長度，并且根據適當的協議為用戶程序的字節(jié)進行排序，從而極大地方便了程序代碼的生成，這些代碼可以直接寫入ＰＳＤ３１１。ＰＳＤ３１１的具體配置電路各有不同，或登陸ｗｗｗ．ｗａｆｅｒｓｃａｌｅ．ｃｏｍ站點查詢。

需要注意的是，ＡＤＭＣ４０１的匯編語言調試源程序在用匯編語言編輯完畢后，還應利用ＡＤＭＣ４０１提供的匯編、連接程序ＡＳＭ２１．ｅｘｅ和ＬＤ２１．ｅｘｅ進行編譯連接?以便最終生成一個“．ｅｘｅ”文件。這個可執(zhí)行文件才是調到ＡＤＭＣ４０１的軟件調試執(zhí)行程序。而ＰＳＤ３１１的軟件主要是對ＰＳＤ的邏輯電路、Ｉ／Ｏ通道以及存儲空間分配進行編輯，最后生成的文件將和ＡＤＭＣ４０１生成的程序代碼一起寫入到ＰＳＤ３１１中。

圖5 SVG裝置結構圖

４ 在ＳＶＧ裝置中的應用

ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）—靜止無功發(fā)生器也被稱為ＳＴＡＴＣＯＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ），是靈活交流輸電系統ＦＡＣＴＳ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＡＣ Ｔｒａｎｓｍｉｓ-ｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）技術中一個重要的基礎部件。該部件與其它的無功補償裝置相比，雖然ＳＶＧ裝置的成本要高一些，但其靈活的動態(tài)調節(jié)特性、優(yōu)越的補償效果以及更小的設備體積都是其它裝置不能比擬的。在ＳＶＧ裝置中，由于要涉及到大量的復雜計算（如濾波計算、瞬時無功計算）和各種控制手段（如矢量控制、ＰＩ控制）以及諸多信號的采集和發(fā)送。因此，系統對控制器的運算速度、接口資源、穩(wěn)定性以及成本等方面要求很高。ＳＶＧ裝置的關鍵部件就是它的逆變橋路部分，而ＡＤＭＣ４０１集成的專用６路ＰＷＭ波形發(fā)生器正好提供了靈活的控制方法。此外，ＡＤＭＣ４０１的高速流水線式８路Ａ／Ｄ采樣端口也為電壓電流的快速采集提供了保證。圖５為基于ＡＤＭＣ４０１和ＰＳＤ３１１的ＳＶＧ裝置結構圖。該系統共分為３個主要部分：第一部分是由ＡＤＭＣ４０１和ＰＳＤ３１１構成的檢測控制部分，第二部分是由ＩＧＢＴ模塊構成的逆變電路，第三部分是由電力二極管構成的全波整流電路。整流電路采用日本富士公司的三相全波整流模塊６ＲＩ１００Ｇ－１６０，其主要作用是將三相線路上的交流電壓變?yōu)橹绷鬏敵觯瑥亩S持直流電容兩端的電壓穩(wěn)定，并為逆變電路提供一個穩(wěn)定的直流電。使用該模塊可在不輕微改變逆變器的觸發(fā)工作角情況下提高和穩(wěn)定系統中電容上的電壓。逆變電路部分采用的是富士電機推出的Ｒ系列ＩＰＭ模塊７ＭＢＰ１００ＲＡ－１２０ ，它將過去的ＩＧＢＴ單元、驅動電路、保護電路等結合在一個模塊之中，從而極大地提高了實際應用系統的穩(wěn)定性、簡化了設計難度、縮小了裝置體積。電流的檢測則利用ＫＴ１００－Ｐ型電流傳感器來完成，電壓的檢測利用的是ＣＨＶ－５０Ｐ電壓傳感器。輸出顯示部分采用以ＳＥＤ１５２０為驅動的ＭＧＬＳ－１２０３２Ａ液晶模塊。以上各部件的功能均可通過對ＡＤＭＣ４０１數字信號處理芯片進行軟件編程來實現。

５　結束語

通過將ＡＤＭＣ４０１和ＰＳＤ３１１相結合，可真正實現只用兩個芯片組成一個功能強大的低成本最小單片機系統之結果，而且應用范圍相當廣泛，尤其適合于那些要求低功耗、小體積、多外設、高速度的場合。本文介紹的在ＳＶＧ裝置中的應用涉及到了其中很多的功能，但是系統本身還有很大的擴展空間。使用時可以根據實際情況充分地利用其資源，以便完成更加復雜的任務。