嵌入式系统及其应用报告

嵌入式系统及其应用报告
TMS320F28335 DSP 是 TI（Texas Instruments，德州仪器）推出的 32 位浮 点数字控制处理器，主频 150MHz，外设丰富，性价比高，封装多样，广泛应用 于电机控制、 变频电源、 UPS 电源、 光伏并网逆变器、 风力发电并网变流器、 SVC、 SVG 类 FACTS 装置、通信、医疗、航空航天等领域，是 TI 推出的 F2812、F2407、 F2808 的升级产品， 可以有效替代这些 DSP 控制器。TI 作为全球最大的 DSP 供应 生产商之一，TMS320 系列 DSP 以强大的控制、信息处理能力以及高性价比的优 势、相对易开发的特点，具有极高的市场占有率。 在硬件设计开发方面，结束课程之后，本着深入学习的原则，从 TI 官方申 请到一款 TMS320F28335PTPQ DSP 样片。参考上课用到的《DSP-F28335-II 开发 板使用手册》里面的原理图设计部分，利用 Altium Designer 设计原理图以及 PCB 印刷电路板。 其中原理图并没有包含 DSP-F28335-II 开发板丰富的外设资源， 仅仅是一款 DSP 最小系统设计，将全部 IO 全部引出，以便后期二次开发。 一、硬件电路详解 1. 供电电路
电源电路如上图所示 A. 电源可由外部电源端子（J3）提供，其中电源端子 5V Power 标 识为左负有正。电压为直流 5V，提供电流 1A 以上。 B. AMS1117-3.3 电源转换芯片（ U3）作为 5V 转 3.3V 的高性能 稳压芯片，为这个开发板提供稳定可靠的主电源 3.3V，由指示灯 DP1 指示。 C. AMS1117-ADJ 电源转换芯片 （ U6） 提供的 1.8 V-1.9V 给 DSP 内 核使用。 D. 其中的 C1~C17 是 滤波电容， 在 PCB 布局时，在每个电源引脚

旁边放置滤波电容，保证稳定可靠供电。 2.集成芯片复位电路
A. 复位按钮 S1 保证手工复位 。 B. 复位信号提供给 F28335、SST39VF1601 等。 3.扩展 FLASH 电路
4.JTAG 电路
5.DSP 核心电路

6.PCB
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二、DSP 程序设计 以最基本的 Buck 电路拓扑为例，构建一个简单的控制系统。 第一步：系统时钟初始化 InitSysVtrl（） （1）在这一部分中，要将 30MHZ 的晶振时钟倍频到 150MHz 系统时钟， InitPll(DSP28_PLLCR,DSP28_DIVSEL)。 （2） 然后再将系统时钟输出提供快速和慢速两种外设时钟， 分别通过 HISPCP 和 LOSPCP 寄存器进行设置。 （ 3 ） 在这个系统中，主要用到 ADC 、 ePWM 和 Timer 三种外设，利用 InitPeripheralClocks(void)函数配置外设时钟。 第二步：GPIO 初始化 InitGpio（） （1） 系统用到的 GPIO 引脚配置，利用霍尔元件检测电路电压和电流，因 此初始化 ADC 模块 GPIO 引脚。 （2） Buck 电路中用到开关器件 IGBT，因此要有 ePWM 模块 GPIO 初始化， 注意在这一部分初始化中要对 PWM 引脚赋初值（低电平） 。防止在控 制过程未介入之前，系统扰动。 第三步：定时器初始化 InitCpuTimers() （1）因为系统中涉及软件控制器设计，系统采用 PI 控制器，控制程序在中 断里进行，因此要有控制周期。 假设控制周期设定为 1ms，则需要设置定时 器周期寄存器 CpuTimer0Regs.PRD.all。 （2）使能定时器外设级中断。 第四步：中断设置 InitPieCtrl()，中断向量表初始化 InitPieVectTable()。 （1） F28335 采用三级中断响应机制——外设级中断、PIE 级中断和 CPU 级 中断。最内核部分为 CPU 级中断，外设要能够成功产生中断响应，就 要首先经外设级中断允许，然后经 PIE 允许，然后经 CPU 允许，最终 CPU 作出响应。 （2） 在 PIE 级中断设置中 InitPieCtrl()， 对于定时器中断响应， 要在 PIE 级中断中，找打定时器 0 所在的中断组，以及使能第一组中断的第 7 个小中断，即 IER|=M_INT1; PieCtrlRegs.PIECTRL.bit.ENPIE = 1; PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7 = 1; （3） InitPieVectTable()，中断向量表初始化，将中断服务函数与向量表 关联，即 PieVectTable.TINT0 = &ISRTimer0。 第五步：ePWM 初始化 （1） 设置时基，时基计数器清零。寄存器为 TBSTS （2） 配置 CMPA 数据加载模式。CMPCTL （3） 影子模式下何时将数据加载到寄存器。AQCTLA （4） 配置 PWM 周期（频率） 。TBPRD （5） 因为系统是单 PWM 输出，因此不需要设置死区。 （6） 禁止中断触发事件的产生。ETSEL （7） 设置计数器计数模式。 第六步：ADC 初始化 （1） ADC 工作时钟设置，因为在系统时钟初始化时已经配置好高速外设的 时 钟 ， 在 这 里 只 需 要 使 能 ADC 时 钟 既 可 ， SysCtrlRegs.PCLKCR0.bit.ADCENCLK = 1。 （2） 调用 ADC_cal 汇编程序，ADC 校验程序，直接使用既可。

（3） 给 ADC 内部上电，AdcRegs.ADCTRL3.all = 0x00E0。 （4） 延时，ADC 转换需要一定的时间延时。 （5） ADC 工作方式设置，设置采样方式、采样频率、通道模式、采样模式 ——ADCTRL1。 （6） 确定采样通道。 第七步：定时器中断服务子程序 这一部分是整个系统的控制中心， 系统输出的电压或电流与给定值比较经 PI 调节器产生 PWM 调制信号，与计数器对应的载波比较，进而产生 PWM，DSP 输出 的 PWM 通过驱动电路控制 IGBT 的开通与关断，是系统稳定运行。 作为优化系统方面， 在 AD 采集过程中， 内存与外设间不断的进行数据交换， CPU 频繁的进行工作现场的切换， 效率很低， 可考虑利用 DMA 传送 ADC 转换数据。 释放 CPU 资源。 DMA 用到的函数详解： （1）void DMACH1AddrConfig(volatile Uint16 *DMA_Dest,volatile Uint16 *DMA_Source) 源地址有两个，一个 A 为用于传输时（随每个字节递增） ，另一个 B 作为 返回的备份（当一帧结束后，重新装载入 A） 。目的地址有两个，一个 A 为用于 传输时（随每个字节递增） ，另一个 B 作为返回的备份（当一帧结束后，重新装 载入 A）每次启动 DMA 相应通道，都会把 B 装载入 A。 （ 2 ） void DMACH1BurstConfig(Uint16 bsize, int16 srcbstep, int16 desbstep) Bsize ： 每一个脉冲传递的字的个数，实际脉冲数为 bsize+1 ， Srcbstep：每传递一个字后，源地址 A 增量，Desbstep：每传递一个字后，目的 地址 A 增量。 （ 3 ） void DMACH1TransferConfig(Uint16 tsize, int16 srctstep, int16 deststep) Tsize：每一帧的脉冲个数，脉冲递减到 0 时（即一帧传递完成，也 是 DMA 传递完成） ，产生 DMA 中断。实际帧数为 tsize+1，Srctstep：每个脉冲 的最后一个字传递结束后，源地址 A 增量，Deststep：每个脉冲的最后一个字传 递结束后，目的地址 A 增量。 （4）void DMACH1WrapConfig(Uint16 srcwsize, int16 srcwstep, Uint16 deswsize, int16 deswstep) Srcwsize： 当已经传递的脉冲数为 srcwsize+1 的整数倍时， 源地址 （B） 增加 srcwstep（常为 0） ，并装载入源地址 A，Deswsize：当已经传递的脉冲数 为 deswsize+1 的整数倍时，目的地址（B）增加 deswstep（常为 0） ，并装载入 目的地址 A。 （5） void DMACH1ModeConfig(Uint16 persel, Uint16 perinte, Uint16 oneshot, Uint16 cont, Uint16 synce, Uint16 syncsel, Uint16 ovrinte, Uint16 datasize, Uint16 chintmode, Uint16 chinte) Persel： 选择触发 DMA 的外设中断源， Perinte： 外设中断使能， Oneshot： 使能时， 外设产生一次中断， 就能够把一帧传递完。 禁止时， 外设产生一次中断， 只能传递一个脉冲，Cont：使能时，每次 DMA 结束后，需要再次启动 DMA 时，就 不需要调用 void StartDMACH1(void) 。禁止时，重启 DMA ，需要调用 void StartDMACH1(void)。

Datasize:设置每个字是 16 位或者 32 位 Chintmode：设置 DMA 中断是在 DMA 启动或者结束时产生 Chinte：DMA 相应通道的中断使能（外设级） 。注：Perinte 和 Chinte 同时 使能时，才能进入 DMA 通道中断，仅 Perinte 使能，可以传输数据，但是不进入 通道的中断程序。 （6）void StartDMACH1(void) 首次启动 DMA，若 Cont 为禁止，每次 DMA 结束后，需要再次启动 DMA 时 需要调用，只开启相应用于触发的外设级中断，不开启 PIE 对应位，则能够触发 DMA 而不触发 CPU 的中断程序， 经过 DMACH1ModeConfig 配置的中断，DMA 会自动 清除相应外设级的中断标志位，不用程序清除。 附录 1：最小系统板原理图
附录二：动作连续软件强制寄存器 AQCSFRC
位 15~4 3~2 名称 保留 CSFB 值 描述 保留 连续软件强制 B 输出 在立即装载模式下，连续软件强制发生在下一个 TBCLK 边沿 在影子装载模式下，连续强制发生在装载后的下一个 TBCLK 边沿 强制无效 强制 B 输出低 强制 B 输出高 软件强制禁止 连续软件强制 A 输出 在立即装载模式下，连续软件强制发生在下一个 TBCLK 边沿 在影子装载模式下，连续强制发生在装在后的下一个 TBCLK 边沿 强制无效
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强制 A 输出低 强制 A 输出高 软件强制禁止