数字信号控制器提供实时控制功能

2011-05-19 18:30:20来源: 互联网

越来越多的实时控制应用令设计人员左右为难。这些应用既需要微控制器(MCU)的易用性和对中断的快速响应特性,又需要数字信号处理器(DSP)的强大计算能力。

伺服机构、功率因数校正和可变负载运动控制等应用都要求把DSP的计算能力与MCU的快速中断响应和数字输出特长结合在一起,所以,最初的解决方案是在应用中同时采用这两种器件。

但集成能力的提升使数字信号控制器(DSC)的开发得以实现。DSC是一种带DSP架构从而具有更强计算能力的混合型MCU器件,其性能和提供的外设范围都得到了拓展。

“起初,DSC针对的是特定市场,但现在需要实时控制的应用已不在少数,且DSC和MCU市场已开始融合。”TI C2000系列产品的营销经理Keith Ogboenyiya表示。在电源等应用领域,DSC已开始取代MCU和模拟控制系统,Ogboenyiya补充道。

微芯科技(Microchip)公司战略营销经理Steve Marsh也持相同观点。“数字电源等领域正开始从传统MCU转向DSC,而不久之后,电池
管理等其他应用也将步其后尘。”Marsh说,“MCU用户已开始利用DSC内的DSP特性。”

同时,Marsh指出,传统应用对DSC的要求也越来越多。“类似电机控制等应用正在转用更先进的算法以降低
传感器
和电机成本,还要应对诸如可变负载等独特的负载要求。”他说。

DSC新品层出不穷

为顺应市场发展趋势,2008年Microchip和TI分别推出了20多款新型DSC器件,并计划在2009年推出更多产品。此外,飞思卡尔也有自己的DSC,而ADI有面向控制的DSP;Microchip和TI的新品使业已丰富的DSC器件锦上添花。这些新品的特点是功能更强、性能更高、售价更低,有利于拓展DSC的应用领域。

例如,Microchip的16位dsPIC33系列增加了用于电机和频率控制的脉宽调制器(PWM)、最大可达128MB的闪存,以及用于现有并行和串行数字接口和模数转换器(ADC)的正交编码器接口。dsPIC33系列还增加了音频级数模转换器(DAC)以拓展设计选择,开发人员可利用该DAC输出模拟控制信号、生成报警音(不占用PWM资源),或作为用户接口设计的一部分提供数字化语音响应。

满足市场对小体积设计日益增长的需求是Microchip新型DSC产品的另一个重点。为使封装尽量小(6x6mm/28引脚),Microchip实现了片上外设可编程引脚选择功能。该功能允许开发人员根据需要来映射I/O信号,以便在选择一种外设功能时不会制约其它功能的使用。

成本和性能是TI开发其30多款新型Piccolo系列产品的推动因素。基于其32位C2000处理器核心,Piccolo提供了高性能的DSC功能,批量购买时单价不足2美元,其封装只有48引脚。Piccolo系列于2008年12月提供样片,其存储器最大可达128 MB,且有丰富的模拟和数字I/O外设。该系列还包含一个频率和占空比精度可达150皮秒(10-9秒)的增强型PWM设计。

部分Piccolo产品采用独特的控制律加速器(CLA)技术,该技术可独立于CPU执行控制环算法。CLA是32位浮点数学加速器,具有单独的中断控制器,并能访问PWM和ADC等外设。TI称,与单独使用CPU相比,采用CLA可以把性能提升5倍。

 
图:TI的一些DSC内的控制环加速器具有自己的中断和外设接口,从而可使其独立于CPU工作

简化应用的工具

除了增加功能、提升性能以外,供应商还在努力工作,使传统MCU用户采用DSC设计方法时更容易。Microchip已使其开发工具集适用于其DSC和相关的MCU系列的全部产品,以便开发人员可根据特性而非可用工具选择器件。

TI采用了类似方法,使其Piccolo系列与其它基于C2000的器件代码兼容,这样,其CCStudio工具集就可以适用于所有器件。

这些工具集的一个关键特性是允许开发人员使用类似C等高级语言编写应用主体程序,而在需要最高性能的地方采用汇编语言编程。供应商还提供了丰富的库来帮助没有DSP开发经验或经验不多的开发人员简化其软件设计。这些库包括功率因数校正、电机控制和噪声抑制等应用功能代码,并提供通信协议、调制解调器和编解码器、加密及更多其它功能的系统代码。

随着越来越多的MCU用户转向采用DSC,该产品将继续改进。“消费者对我们提出各种要求,包括:新增外设和更大容量、更快的直接存储器访问和处理器速度,而在满足这些要求的同时,器件体积还要小。” Microchip的Marsh说。

不断增长的软件所需的存储器扩展能力,以及工业用户对控制器局域网协议等通信协议的需求,也在推动着DSC不断改进,TI的Ogboenyiya表示。

这样,对嵌入式实时数字控制系统设计来说,其可选功能范围将与日俱增。

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编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0519/article_6031.html
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