國防科學技術大學磁懸浮中心 鄒東升 佘龍華

摘 要：本文介紹了目前最熱門的浮點DSP芯片TMS320VC33和TMS320F2812，并基于該芯片搭建了磁懸浮控制器試驗平台。在該試驗平台的基礎上，設計并完成了檢測平台可靠性的試驗。

關鍵詞：數字信號處理器；外圍接口；聯合測試行為組織

引言

DSP芯片是專門為快速實現各种數字信號處理算法而設計的，具有特殊結构的微處理器。隨著信息技術革命的深入和計算机技術的飛速發展，數字信號處理技術已經逐漸發展成為一門關鍵的技術學科。在當今的數字化時代背景下，DSP已成為通信、計算机、控制器類產品等領域的基礎器件，已成為信息社會革命的標志。在國外，DSP芯片已經廣泛地應用于當今技術革命的各個領域；在國內，DSP技術也正以极快的速度應用在通信、自動控制、軍事、醫療器械等許多領域中。因此基于DSP技術的開發應用正成為數字時代的應用技術潮流。本文介紹TI公司的DSP TMS320VC33和TMS320F2812在磁懸浮系統中的典型應用。

芯片介紹

TMS320VC33內部包含了2K 32位的快速RAM塊。分開的程序總線、數据總線和DMA總線使得取指、讀寫數据和DMA操作可同時進行。24位地址線，32位數据線，最高75MHz主頻以其大容量、高精确度、高速度，使得一般的數据處理可以毫無限制的運行。標准JTAG線使得加載程序、在線調試都非常方便。此外，丰富的指令系統，靈活的程序控制，多樣的尋址方式使得軟件編程非常方便。

TMS320F2812芯片有18K RAM，128K FLASH，16通道的PWM，16通道12位ADC，3個定時器，19位地址線，16位數据線。串行口有CAN，McBSP，SPI，2 SCI。

由以上兩個芯片的功能可以看到，TMS320VC33的計算功能是非常強大的，而TMS320F2812在管理功能以及電机控制功能方面則顯示了巨大的优勢，如果兩者強強聯合所能達到的效果無疑是讓人非常滿意的。

硬件設計

由于在磁懸浮系統中，所要求采集的傳感器信號速度、精度和相位差都非常高，MS320F2812內部的ADC雖然號稱是同時采樣的，但其最多只能有兩路同時轉換，顯然不能滿足磁懸浮系統中多個傳感器信號無相位差采集的需求。故特別選取了TI公司的ADS7800，12位、 10V、3 s采樣模數轉換器，見圖1。由于ADS7800是單通道的，所以可以根据需要擴展芯片，在本硬件中擴展了六片。又由于ADS7800供電電壓是5V，參考電壓是15V，而TMS320VC33控制電壓是3.3V，故接口需要加電壓轉換芯片LVTH16245。因為控制系統所要求的傳感器信號之間沒有相位差，所以所有模數轉換器必須同時轉換，因此控制轉換開始的信號必須是同一個信號，這可以由GAL20V8產生的地址信號來承擔這一任務。同時，轉換結束后的數字量又要可以分開一個個的讀取，這個任務可以由GAL20V8和LVTH16245巧妙的配合來完成。

圖1　ADC接口原理圖（略）

在ADS7800中，可以讓片選信號/CS一直有效，由GAL產生的地址信號ADC連接轉換開始引腳。這樣，只要由DSP向ADC所指向的地址進行寫操作，所以擴展的ADS7800同時都啟動了一次模數轉換。由于LVTH16245的方向引腳/DIR一直接低電平，所以只要向GAL產生的地址讀取數据，就可以讀到相應ADS7800轉換結束后的數据。而在沒有選通LVTH6245的時候，GAL產生的相應地址信號是高電平，LVTH16245的總線和DSP的總線是隔离的。

GAL譯碼所產生的地址從XINTF Zone 2（0x080000求求0x100000）開始，每個片選信號占用0x800的地址空間。

磁懸浮系統中，根据需要選擇的數模轉換器是TI公司的DAC7625U。雖然DAC7625供電電壓是5V，但是數据的傳遞方向是從DSP到轉換器，故不需要另加電壓轉換電路。DAC7625四個輸出通道占用了DSP從CS7開始的四個存儲單元。

雙口RAM以其雙接口、大容量、超高速的數据交換所提供的优勢作為雙DSP之間數据傳遞的交換場地是很好的選擇。由于TMS320VC33和TMS320F2812的接口都是3.3V，故選擇了3.3V的雙口RAM IDT70V24，這樣就不必加電壓轉換模塊，簡化了系統之間的接口，提高了可靠性，見圖2。

圖2　DAC7625与TMS320F2812接口黽路（略）

對于TMS320F2812，由于它有非常多的功能模塊在磁懸浮控制系統的電路板中沒有用，故可以把那些沒有用的功能引腳作為通用輸入輸出引腳（GPIO），引入開關和發光二极管。為了保護處理器，加入了LVTH16245作為隔离以及方向控制芯片，開關量為輸入量，發光二极管為輸出量。硬件原理框圖見圖3。

圖3　硬件原理框圖（略）

TI的TPS767D318可以通過5V穩壓電源，提供DSP內核所需的1.8V電壓和DSP的外設及LVTH16245等芯片构成的電路所需的3.3V電壓。因此對于TMS320F2812和TMS320VC33這些典型的快速、低電壓DSP，可分別用兩塊TPS767D318來供電。而對于雙口RAM塊，可以用TI公司的3.3V的電源芯片7333來供電。三個比較大的芯片由三塊電源芯片供電，可以有效解決功率問題，又可以使系統之間具有相對獨立性，提高子系統的安全性。DAC7625所需的正負2.5V電壓則由電源芯片MC1403提供。這樣，目標板上的所有基本電源就可以用一個5V的穩壓電源模塊提供。

軟件設計

試驗目的：通過一個試驗，同時考驗擴展的模數和數模轉換器及雙口RAM。

試驗原理：通過信號發生器產生一個正弦波，通過TMS320F2812擴展的ADS7800進行采樣轉換，轉換結果通過雙口RAM送到TMS320VC33，不經過任何處理，送還TMS320F2812，由DAC7625進行轉換輸出，在同一示波器上看信號是否失真。這樣，模數和數模轉換器以及雙口RAM同時得到了檢驗。

為了測試雙口RAM与兩個DSP之間數据傳遞的快速性、可靠性以及對同一地址同時操作所帶來的不确定性，TMS320VC33可以不停的對雙口RAM進行讀寫數据，看雙口RAM能否經得起這樣的考驗。而TMS320F2812定時中斷，在中斷服務程序內啟動模數轉換器，從雙口RAM讀取數据，對所讀取的數据利用數模轉換器進行數模轉換。雖然雙口RAM的接口和可靠性有非常多的文章都進行了描述，但經過這樣的試驗，雙口RAM才真正的進行了強有力的檢驗。

根据流程圖（見圖4）編寫程序，編譯連接并通過。然后對目標板上電，通過JTAG及仿真器加載上面的程序，運行。把信號發生器所產生的正弦波和DAC轉換后的信號接到示波器的兩個通道上，并讓兩個通道并行的顯示，看兩個信號是否失真。

圖4　TMS320F2812流程圖（略）

試驗結果顯示（見圖5）：輸入信號為200kHz的正弦波，輸出也是200kHz的正弦波，波形并沒有失真。

圖5　示波器觀察到的A/D-D/A輸出（略）