如今的嵌入式應(yīng)用非常復(fù)雜,需要通過單個單片機(jī)處理多個功能。這些應(yīng)用需要增強(qiáng)安全性、支持實時響應(yīng)的最佳執(zhí)行時間以及無縫同步各個功能。從具有集成功率因數(shù)校正的電機(jī)控制到光強(qiáng)度處理,復(fù)雜應(yīng)用需要在各個模塊之間輕松切換。處理器驅(qū)動的定時和排序解決方案受固有延時的影響,這種延時無法始終準(zhǔn)確預(yù)測。這種方法還占用了寶貴的CPU帶寬,導(dǎo)致其功能未得到充分利用,而通過卸載這些功能可優(yōu)化應(yīng)用程序性能。Microchip的16位dsPIC33數(shù)字信號控制器(DSC)中的外設(shè)觸發(fā)信號發(fā)生器(PTG)是獨立于內(nèi)核的外設(shè)(CIP),可以協(xié)調(diào)復(fù)雜應(yīng)用中功能的精確定時和排序,同時減輕CPU的負(fù)擔(dān)。我們詳細(xì)介紹了幾個示例,以展示PTG如何幫助簡化時序關(guān)鍵應(yīng)用(例如,采用功率因數(shù)校正的電機(jī)控制、光強(qiáng)度控制或生成還可用作獨立于內(nèi)核的時鐘源的恒定頻率信號)的外設(shè)排序。由于PTG與內(nèi)核無關(guān),因此可以在CPU休眠時完成此項工作以實現(xiàn)節(jié)能或?qū)W⒂谄渌P(guān)鍵任務(wù)。
顧名思義,PTG是一個用戶可編程序列發(fā)生器,可生成具有復(fù)雜輸入信號序列的觸發(fā)信號,以協(xié)調(diào)其他片上外設(shè)的操作。使用PTG的應(yīng)用會通過其他外設(shè)(例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、輸出比較(OC)、脈寬調(diào)制器(PWM)、定時器和中斷控制器)共同執(zhí)行此操作,以實現(xiàn)復(fù)雜的觸發(fā)和響應(yīng)序列。PTG不僅降低了應(yīng)用程序?qū)?nèi)核的依賴性,還能單獨處理模塊交互,從而有助于降低軟件復(fù)雜性及保持模塊化。
PTG外設(shè)支持向PTG隊列寄存器傳送8位命令(稱為step命令)。每個8位step命令由一個4位命令代碼和一個4位選項字段組成。這些命令定義了一系列事件,用于輸出觸發(fā)信號到外設(shè)。step命令還可用于生成對內(nèi)核的中斷請求。
功率因數(shù)和電機(jī)控制
在集成功率因數(shù)校正(PFC)和電機(jī)控制應(yīng)用中,單個DSC使用磁場定向控制(FOC)方案以及PFC轉(zhuǎn)換器控制永磁同步電機(jī)。該應(yīng)用需要三個PWM通道來控制電機(jī)功能,另外還需要一個PWM來控制PFC操作。輸出比較(OC)外設(shè)可用于增加應(yīng)用可用的PWM通道數(shù)量,甚至?xí)銎骷峡捎玫母咚貾WM通道數(shù)量。
可同時使用PWM外設(shè)與OC外設(shè)來產(chǎn)生電機(jī)控制和PFC操作所需的信號。但是,在PFC等應(yīng)用中,執(zhí)行時序非常重要,因此必須在最佳執(zhí)行時間內(nèi)完成各種任務(wù)。其中包括同步電機(jī)控制和PFC PWM、觸發(fā)ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及切換用于電機(jī)控制的ADC通道和PFC反饋信號。
使用PTG外設(shè)可以有效地實現(xiàn)這些要求,PTG外設(shè)可以同步高速PWM和OC外設(shè),并通過監(jiān)視高速PWM外設(shè)邊沿來產(chǎn)生ADC外設(shè)觸發(fā)信號。它還可監(jiān)視“ADC轉(zhuǎn)換完成”中斷并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹袛?,?zhí)行FOC和數(shù)字PFC控制代碼。它減少了CPU干預(yù),使外設(shè)處理獨立于內(nèi)核進(jìn)行。這可降低應(yīng)用的總體功耗,同時釋放CPU以執(zhí)行更多關(guān)鍵功能。選擇電機(jī)控制和PFC PWM的開關(guān)頻率時應(yīng)確保其為整數(shù)倍。
dsPIC® DSC中的ADC能夠進(jìn)行四通道同步采樣。FOC和PFC算法都有自己的模擬通道需要同時采樣,因為這些信號的相位關(guān)系是實現(xiàn)有效控制的關(guān)鍵。
選擇電機(jī)控制和PFC的反饋信號時應(yīng)確??赏ㄟ^改變ADC通道選擇對電機(jī)控制和PFC信號進(jìn)行采樣。在基于PWM邊沿觸發(fā)ADC之前,可將電機(jī)控制和PFC信號連接到采樣保持(S&H)電路。通道應(yīng)配置為:在四通道采樣和轉(zhuǎn)換序列結(jié)束時,可從FOC或PFC各自對應(yīng)的ADC緩沖寄存器中獲得其轉(zhuǎn)換結(jié)果。
在設(shè)置通道選擇位以將PFC反饋信號連接到ADC的采樣保持電路后,對于每個PFC PWM周期,都必須生成觸發(fā)信號。同樣,對于每個電機(jī)控制PWM周期,必須在設(shè)置通道選擇位以將電機(jī)控制反饋信號連接到ADC的S&H電路之后生成ADC觸發(fā)信號。因此,將PTG外設(shè)配置為通過監(jiān)視電機(jī)控制和PFC PWM脈沖的邊沿來生成ADC觸發(fā)信號。此外,還會生成兩個PTG中斷來執(zhí)行FOC和PFC的代碼,如圖1所示。
圖1:使用PTG中斷執(zhí)行代碼
如本例所示,PTG通過有效地對ADC和PWM的使用進(jìn)行排序來簡化實現(xiàn),從而在一個dsPIC33器件中實現(xiàn)電機(jī)控制和PFC。
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