TMS320F2802x-Piccolo系列DSC原理及应用

TMS320F28x-Piccolo系列DSC原理及应用

HPL

2019年4月

第1章 TMS320F2802x Piccolo系列DSC概述

1.1TMS320C28xTM内核简介

TMS320C28xTM是一款低功耗的32位定点处理器内核。它集中了数字信号处理的诸多优秀特性，具有精简指令集(RISC)功能、微型控制器结构、固件及工具装置等。所谓的数字信号处理特性包括改进型的哈佛结构和循环寻址方式等；RISC特性是指单周期执行指令、寄存器到寄存器的操作以及改进型哈佛架构等；微型控制器结构特点则包括使用直观指令集简化操作、压缩和非压缩的字节应用以及对位的操作等。利用CPU的改进型哈佛结构可以并行地执行指令和读取数据。CPU可以在写数据的同时进行流水线中的单周期指令操作，还可以同时

读取指令和数据。CPU通过独立的3条地址总线和3条数据总线来完成这些操作。

1.1.1TMS320C28xTM的逻辑组成

TMS320C28xTM内核的逻辑组成
图1.1 包含CPU内核、仿真逻辑与接口和控制信号组成模糊聚类分析	●CPU内核一个能够产生数据和程序存储地址的CPU，编译和运行指令；执行算术、逻辑和移位操作；控制寄存器阵列的数据转移、数据存储和程序存储等。 ●仿真逻辑监视和控制DSP芯片内不同部件的工作，并测试设备的操作情况。 ●接口和控制信号产生存储器和外围设备的接口信号以及CPU的时钟和控制信号，显示CPU状态、仿真逻辑信号以及正在使用的中断情况。 存储器接口信号：在CPU、存储器和外围设备之间进行数据传送，进行程序存储器的访问和数据存储器的读取，并能根据不同的字段区分不同的存取操作。 时钟和控制信号：这些信号为CPU和仿真逻辑提供时钟，可以用来监控CPU。 复位和中断信号：用来产生硬件复位和中断，并监视中断的状态。 仿真信号：用来仿真和调试。

1.1.2TMS320C28x的特性

TMS320C28xTM内核的结构
图1.2 TMS320C28xTM内核的结构	TMS320C28xTM的主要特性如下： 1.保护流水线 CPU具有八级流水线，完全可以避免从同一地址进行读写造成的秩序混乱。 2.独立的寄存器空间在CPU中含有一些被映像至数据空间的寄存器。这些寄存器可以作为系统控制寄存器、数学寄存器和数据指针。系统控制寄存器可由特殊的指令来进行操作，而其他寄存器则通过特殊指令或特殊寻址模式来操作。 3.算术逻辑单元(ALU) 32位的ALU可以完成二进制补码的算术和布尔逻辑操作。 4.地址寄存器算术单元(ARAU) ARAU产生数据存储地址以及与ALU并行操作的增量和减量指针。 5.循环移位器执行所有的数据左移位和右移位操作，最多可以左右移16位 6.乘法器可以执行32位×32位的二进制补码乘法运算，获得64位的乘积。乘法可以在两个有符号数之间、两个无符号数之间或者一个有符号数一个无符号数之间进行。

1.2PICCOLO简介

TMS320F2802x/3x Piccolo系列DSP微控制器是TI公司最新的一款基于TMS320C28xTM内核的定点处理器。它通过整合DSP和MCU功能，弥补了传统意义上的DSP与MCU的不足，通过DSP与MCU的优势互补，实现了计算与控制的完美结合。所以我们又可把Piccolo DSP微控制器称为DSC(Digital Signal Controller)，即数字信号控制器。Piccolo通过将32位的高性能、增强型外设以及小型封装进行完美结合，设计人员仅需一个MCU即可为此前难以承担较高成本的应用添加实时控制与系统管理功能。新型TMS320F2802x/3x Piccolo系列DSC微控制器采用最新的架构技术成果及增强型外设，其封装尺寸最少为38引脚，能够在低成本的应用中带来32位实时控制功能的优势。实时控制通过在诸如太阳能微型逆变电源、LED照明、大型家用电器以及混合动力车载电池等工业、消费类及车载应用中实施高级算法，从而可实现更高的系统效率与精度。

Piccolo包含40和60MHz的版本、高达128 KB的快闪存储器、12位ADC以及ePWM，以及包括通信协议、片上振荡器、模拟比较器、通用I/O等在内的各种业界标准外设。另外该芯片支持单电源供电、具有上电复位及掉电复位功能，内部含有硬件模拟比较器，精简管脚

方便硬件设计，降低布线成本。目前Piccolo主要包括两个版本系列，即TMS320F2802x系列和TMS320F2803x系列。

1.2.1TMS320F2802x系列Piccolo控制器

F2802x系列处理器的特性如下：

1.高效率32位CPU(TMS320C28xTM内核)

●具有40MHz/60MHz主频

●单周期执行一次32×32或两次16×16乘加(MAC)

●改进型哈佛总线结构

●原子操作

●快速中断响应与处理

●

图 1.3 TM320F2802x系统框图

统一的存储器设计模式

●高效率C/C++代码；

2.仅需少量外围器件，将系统成本减少到最低

●内置1.8V电压调整器，实现3.3V单电源供电

●内部集成上电复位和掉电复位功能

●PQFP-48小型封装

●功耗低

3.时钟与定时器

●2个内部集成振荡器，精度高达1%

●支持动态PLL调节，进一步降低功耗

●时钟丢失检测电路：若当前时钟异常则自动启用备用时钟，提高可靠性

●32位内部看门狗定时器

●3个32位CPU定时器，带16位预分频器

4.外设中断扩展(PIE)模块支持所有的外设中断

5.丰富的片内存储器：FLASH、SARAM、OTP、BOOTROM

6.128位安全加密：免除代码被破解的担忧

7.先进的仿真特性

●分析和断点功能

●硬件实时调试

8.具有22个GPIO(数字)和6个AIO(模拟)

●GPIO带输入滤波功能

●支持5种IO操作：读/写/置位/清零/反转

9.串行端口外设

●串行通信接口(SCI)模块，兼容传统的UART

●串行外围接口(SPI)模块

●互联IC总线(I2C)，支持10位扩展地址模式

朱基

10.增强型控制外设

●增强型脉宽调制器(epwm)，精度高达150ps

●高精度PWM(HRPWM)

●增强型捕获功能(ecap)

11.模拟功能

●2个模拟比较器(COMP)

●2组多通道12位高速ADC，支持内部和外部基准源

TMS320F2803x系列Piccolo控制器除了具有TMS320F2802x所有的特性之外

还新增了一下新特性：

●60MHz CPU工作频率和新增的控制律加速器CLA(如图 1.4所示)

●单电源3.3V供电

●12位分辨率的ADC可由独立的通道触发，5MSPS采样速率

●3个尝试错误10位精度的模拟比较器

●150ps精度的PWM，可用于频率、占空比和相位控制

●两个片上振荡器

64脚TSSOP和100脚TQFP封装

邓相超事件图 1.4 TM320F2803x系统框图

1.2.2控制率加速器CLA

图 1.5 有无CLA的区别	CLA相当于一个协处理器，它可将CPU解放出来，自动控制外设的运作，达到更高的控制精度以及更好的实时性，如图 1.5所示。 ●独立的、可编程的32位浮点协处理器 ●主频与主CPU C28x一致，独立的8级流水线 ●支持断点调试 ●支持IEEE单精度浮点运算(单周期浮点加、减、乘法、单周期1/x、1/sqrt(x)估算、单周期浮点比较、取最大值、取最小值) ●可响应ADC、ePWM和CPU定时器0中断 ●可直接访问ePWM+HRPWM、比较器和ADC的结果寄存器
对于集成了CLA协处理器的F2803x处理器来说，它具有F2802x不具备的优越性： ●减小控制器的响应时间 ●提高数据传输的响应速度 ●提供先进的“时序对齐”管理 ●为系统IP释放更多的处理器MIPS ●以相对更低的频率和更低的功耗使处理器执行更多指令 ●提高采样准确度（无抖动） ●使用片内资源提高效率透水率对于开发者来说： ●可以执行补偿方程（例如2P2Z IIR filter） ●不用CPU干预其进程，使用前对其初始化即可 ●控制位和参数寄存器采用内存映射机制 ●CLA可由多种方式触发（例如ADC、PWM和定时器等） ●ADC和PWM提供高精度和准确度的时序对齐 ●重竞技不像CPU，CLA被触发时不会引起循环开销 ●CLA没有被触发时，保持低功耗状态 ●CLA既可以独立操作也可以受控于CPU
图 1.6 无CLA时的时序(完全依靠CPU处理器所有事务)		图 1.7 有CLA时的时序

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