PSoC微处理器在电动车无刷电机控制器上的应用

2010-03-22 19:21:10来源: 南京市溧水县电子研究所有限公司

  电动车作为一种新型的代步工具,已经实实在在地被人民群众所接受。尤其是在当前油价飞涨、摩托车牌照发放受限,汽车的梦想可望而不可即的情况下,电动车越来越受到老百姓的青睐。在中国这样一个“自行车王国”,电动车的市场空间是值得期待的。业内人士预测,未来几年内,电动车的容量几乎相当于自行车的市场容量,全国4.5亿辆自行车用户中至少有3亿的用户将成为电动车的用户。随着电动车市场趋向成熟,无刷电机电动车逐渐占据了80%以上的市场份额,无刷电机控制器也在不断的技术进步中被广大用户所喜爱,并且将会不断地推陈出新,以丰富的功能来适应市场的变化。
  
  PSoC微处理器是美国赛普拉斯半导体公司推出的一种现场可编程片上系统。片内备有通用模拟和数字模块,用户可根据开发需要,随意调用模块,实现混合信号阵列的动态配置。文中以CY8C24423为例,介绍PSoC在电动车无刷电机控制器上的应用,它将对电压电流信号的放大、处理、模数转换功能,以及PWM信号输出功能全部集成到微处理器的内部完成,减少了芯片的外围器件,提高了系统整体的集成性能和可靠性。
  
  可编程片上系统
  
  由美国赛普拉斯半导体公司倡导并推出的完全基于通用IP模块,由可编程选择来构成产品SoC的设想,并把单片机的发展从MCU推动到SoC的新阶段。这种可编程的SoC取名为可编程片上系统(PSoC),由基本的CPU内核和预设外围器件组成,就是在一个专有MCU内和周围集成了PSoC模块(可配置的模拟和数字外围器件阵列),利用芯片内部可编程互联阵列,可以有效地配置芯片的模拟和数字电路资源,达到可编程片上系统的目的。
  
  与传统的MCU相较,从根本意义上讲PSoC系列是一种微控制器,而且是一种可编程片上系统微控制器,它的出现使设计者逐步摆脱了板级电子系统设计方法层次而进入芯片级电子系统设计,减少了单片机的品种和规格,同时更有利于新品开发和升级换代。与同种价位的普通单片机比较,其丰富的内部资源、新颖的设计界面、灵活的设计方式、简单的编程技巧都使其极具特点。PSoC完全不同于以往的传统的微处理器。PSoC开发者不需要自己构建ADC、DAC和其它外围设备,可以通过PSoC的配置性进行资源调配,而且PSoC为控制器成功的引入动态可重新配置功能,真正实现在线可编程,由此可见,一个PSoC微控制器就能代替多种类型的单片机。
  
  PSoC的内部框图结构及资源
  
  赛普拉斯CY8C21×××~29×××系列的内部结构如图1所示。其资源包括:

  1. 处理器内核
  
  PSoC微处理器CY8C21×××~29×××系列器件使用强大的8位哈佛结构处理器内核(M8C CPU),它具有独立的程序存储器和数据存储器总线,处理器速度可达24MHz。拥有丰富的M8C架构指令,并可进行I/O和内存上的操作。此外系统提供便捷的寻址方式。
  
  CPU内核具有完善的快速乘加能力,PSoC系列所有处理器中都有一个乘法器/加法器(MAC)。MAC系统中作为一个独立的组件,并映射到特定的寄存器地址空间,由输入寄存器和输出寄存器,能执行带符号的8×8乘法运算和32位的加法运算。只要把数据传送到输入寄存器在下一个指令周期,在输出寄存器就能得到运算结果。寄存器加速内存数据交换,大大提高了处理数据的速度。
  
  2. 内存储器
  
  PSoC系列器件拥有灵活的片内存储器,包括4~16KB的快速程序存储器(Flash Program Memory)以及256字节的片内SRAM数据存储器,速内存可擦写100,000次,并可分块实时修改,不同的型号芯片闪存的容量不同。此外,系统具有串行编程功能(ISSP),即在程序头(Programme Pod)或者用户板上的闪存可通过串行的方式,把程序固化到内部程序闪存存储器中。PSoC对片内存储器提供多种保护加密方式。以保证用户敏感信息的安全。这个功能允许用户有选择性的对内存模块的读写操作加锁和写操作保护。这允许对部分代码进行升级,而不会泄漏重要数据。
  
  3. PSoC模块
  
  在每一个PSoC芯片??有若干个PSoC数字模块。PSoC片内的数字模块减少了多种微控制器类型和外设元件的需求。数字PSoC模块可以配置成各种各样的用户模块,比如时间定时器、实时时钟、脉宽调制(PWM)和死区脉宽调制(DB PWM)、循环冗余核对模块、全双工(UARTS)、串行主从通信(SPI)功能。PSoC软件开发包提供了PSoC模块自动配置,用户只需简单地选择需要功能块,PSoC软件开发包就能产生正确的配制信息和器件数据手册。
  
  在每一个PSoC芯片中还有若干个模拟PSoC模块,芯片内的模拟PSoC模块可以减少CPU复杂的系列编号以及对外设的需求。模拟PSoC模块可以配置许多外设功能,譬如12个PSoC模块可以提供11位△-∑模数转换、8位逐次逼近式模数转换、8位直接模数转换、12增量式模数转换、可编程增益放大器、采样和保持功能、可编程滤波器、差分比较器和片内温度传感器等。PSoC系统包含三种类型的模拟模块:连续时钟模块(CT),A类和B类开关电容(SC)模块。

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关键字:PSoC  电动车  无刷电机控制器  Cypress

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0322/article_1042.html
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