Piccolo微控制器PWM 模塊 - TMS320xF24xx至C2000 Piccolo TMS320F280xx的遷移概述

相反，對(duì)于 Piccolo 微控制器，PWM 輸出是單獨(dú)和獨(dú)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(dú)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(jì)數(shù)模式， 其中的向下計(jì)數(shù)模式是 Piccolo MCU 的獨(dú)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(dú)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(shè)計(jì)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(xù)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(qū)邏輯，由此，死區(qū)延遲可在半周期增量下出現(xiàn)。這可以 進(jìn)一步降低控制系統(tǒng)中的電源開關(guān)損耗。
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此外，用戶可以對(duì) PWM 模塊中的每個(gè) PWM 輸出進(jìn)行獨(dú)立極性控制，這意味著 Pic- colo 微控制器的 PWM 對(duì)不會(huì)像TMS320xF24xx 中一樣強(qiáng)制為互補(bǔ)對(duì)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(tǒng)。 然而，與事件管理器相似，Piccolo PWM 也具有跳閘區(qū)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(kuò)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(kuò)展，它提供了強(qiáng)制 PWM 進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)的選項(xiàng)，可以設(shè)置 高或低跳閘條件，從而通過(guò)跳閘區(qū)邏輯實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的安全和保護(hù)功能。
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比較 Piccolo 微控制器與 TMS320xF24xx 器件的 ADC，我們會(huì)發(fā)現(xiàn) Piccolo 微控 制器提供了多個(gè)優(yōu)勢(shì)。 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(zhuǎn)換率，其速率 高達(dá) 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(shù)字域上更準(zhǔn)確地顯示模擬信號(hào)，還可以明顯更快地捕捉信號(hào)以及將信號(hào)轉(zhuǎn)換到數(shù)字域。 在架構(gòu)方面，Piccolo 微控制器 ADC 提供了兩個(gè)獨(dú)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(jī)應(yīng)用的相電流，乃至同步取樣電流和電壓測(cè)量。從操作的角度來(lái)看，Piccolo 基于啟動(dòng)轉(zhuǎn)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(xù)的轉(zhuǎn)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(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)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，可以滿足不同的系統(tǒng)需求。
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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(qǐng)回想一下，TMS320xF24xx 器件上的 CAP 和 QEP 外設(shè)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(dú)位于獨(dú)立的模塊中，具有獨(dú)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(cè)量出外部脈沖之間的區(qū)別。 這會(huì)帶來(lái)更低延遲的系統(tǒng)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。
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正如本文前面簡(jiǎn)要提到的那樣，Piccolo 包括許多架構(gòu)增強(qiáng)功能，可以減少控制延遲、 降低系統(tǒng)成本并簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 這些增強(qiáng)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。
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圖5： Piccolo TMS320F2805x 架構(gòu)方框圖
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在將電流和電壓測(cè)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(tǒng)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(shè)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(tǒng)停機(jī)。
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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(tǒng)成本，由于系統(tǒng)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(jī)速度的下降擴(kuò)展 ADC 范圍的方式在電機(jī)控制等應(yīng)用中大展所長(zhǎng)。
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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(cè)量同步相位電流或同步電流和電壓讀數(shù)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(tǒng)建模中造成誤差，甚至?xí)谟纱水a(chǎn)生的系統(tǒng)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(zhǔn)確的系統(tǒng)測(cè)量和控制。
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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(jì)時(shí)的成本和復(fù)雜性。 Piccolo 微控制器具有一個(gè)片上電壓 穩(wěn)壓器 (VREG)，允許設(shè)計(jì)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(diào)整為模擬子系統(tǒng)需要的 1.8V 電壓軌。 同樣，Piccolo 器件還具有上電復(fù)位 (POR) 和欠壓復(fù)位 (BOR) 功能，可消除增加外部電路來(lái)監(jiān)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(cè)功能的片上振蕩器，可 在出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)縫切換至備份時(shí)鐘源。
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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(dú)特的器件庫(kù)，您可以使用 Piccolo 進(jìn)行輕松編程和開發(fā)。 例如，IQMath? 庫(kù)為定點(diǎn)器件提供了浮點(diǎn)開發(fā)的益處，使開發(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(fù)數(shù)數(shù)學(xué)、信號(hào)生成等的 DSP 庫(kù)。 此外，如果您熟悉 TMS320xF24xx 器件上的電機(jī)控制庫(kù)，此庫(kù)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(jī)庫(kù)。 您可以找到與 TMS320xF24xx 器件的電機(jī)庫(kù)相同的功能，但我們使用更新的功能擴(kuò)展了這個(gè)新庫(kù)，包括 3 相傳感和無(wú)傳感電機(jī)的控制。 此外，我們還針對(duì)基于太陽(yáng)能和數(shù)字能源的開發(fā)提供了優(yōu)化的應(yīng)用庫(kù)，為開發(fā)人員提供一整套經(jīng)過(guò)應(yīng)用調(diào)優(yōu)的庫(kù)，可縮短開發(fā)時(shí)間。
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圖 6：controlSUITETM 軟件套件
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