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基于PSD3XX與ADMC401接口設(shè)計(jì)的無功發(fā)生器系統(tǒng)
摘要：文章介紹了PSD3XX系列芯片的基本功能和ADMC401芯片的功能特點(diǎn)，結(jié)合硬件電路圖詳細(xì)分析了兩者的接口設(shè)計(jì)，并對(duì)其軟件環(huán)境和需要注意的問題進(jìn)行了說明，最后以靜止無功發(fā)生器為例，介紹了ADMC401 PSD311兩片系統(tǒng)的應(yīng)用方法，同時(shí)給出了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。隨著微機(jī)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及控制系統(tǒng)復(fù)雜性和實(shí)時(shí)性要求的不斷提高，很多控制系統(tǒng)都對(duì)高速、多功能、大容量控制器的被控對(duì)象提出了各種要求控制。尤其是在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，系統(tǒng)需要快速地完成大量數(shù)據(jù)的采集和處理以及控制信號(hào)的接收和發(fā)送等諸多功能，這樣，一般的單片機(jī)系統(tǒng)很難滿足要求。因此，如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、合理的高性能控制系統(tǒng)已成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
１�。校樱男酒f明
對(duì)于一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，如果采用常規(guī)的ＲＡＭ、ＲＯＭ和邏輯器件分離的系統(tǒng)連接方式，必定會(huì)使整個(gè)控制電路過于龐雜，從而給設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來很大的困難，同時(shí)也會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而美國ＷＳＩ公司生產(chǎn)的可編程外圍邏輯器件ＰＳＤ系列芯片內(nèi)集成有ＥＰＲＯＭ、ＳＲＡＭ和ＰＬＤ陣列等部件，它將單片機(jī)所需的多個(gè)外圍芯片集成在一個(gè)芯片內(nèi)，從而大大地簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)，減少了印制電路板的面積，縮短了開發(fā)周期。圖１是ＰＳＤ３系列器件的組成結(jié)構(gòu)。
從圖中可以看到ＰＳＤ３ＸＸ內(nèi)部有２５６ｋ位到１Ｍ位不等的ＥＰＲＯＭ，它們被均勻地分為８個(gè)相同大小的區(qū)，每個(gè)區(qū)都有相應(yīng)的選擇信號(hào)，通過ＰＳＤ中ＰＬＤ譯碼部分可產(chǎn)生相應(yīng)的選擇信號(hào)。還有一些主要的功能部件，如多個(gè)單獨(dú)可配置Ｉ／Ｏ端口、兩個(gè)可編程陣列（ＰＡＤ Ａ和ＰＡＤ Ｂ）、１６ｋ位靜態(tài)ＲＡＭ等。對(duì)于較大的系統(tǒng)，還可以通過水平級(jí)聯(lián)（以增加總線寬度為特點(diǎn)）或垂直級(jí)聯(lián)（以增加子系統(tǒng)深度為特點(diǎn)）等方式并配置多個(gè)ＰＳＤ３ＸＸ來完成。ＰＳＤ３ＸＸ可以和多路復(fù)用或非多路復(fù)用總線的１６位微控制器接口。并支持多種ＭＣＵ，例如Ｉｎｔｅｌ的８０１９６、８０３８６ＥＸ，Ｍｏｔｏｒｏｌａ的６８ＨＣ１６、６８３ＸＸ，Ｐｈｉｌｉｐｓ的８０Ｃ５１ＸＡ以及ＡＤ公司的ＡＤＳＰ２１０５等。如此大的儲(chǔ)存空間和功能單元極大地方便了單片機(jī)的嵌入式設(shè)計(jì)，同時(shí)地為用戶提供了更為簡單靈活的解決方案。圖２是常規(guī)的單片機(jī)系統(tǒng)和由ＰＳＤ組成的系統(tǒng)進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)比較的示意圖，可見運(yùn)用ＰＳＤ后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到極大簡化。
圖2 常規(guī)單片機(jī)系統(tǒng)和由PSD組成的兩片系統(tǒng)比較圖
２ ＡＤＭＣ４０１芯片說明
對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說，數(shù)字信號(hào)處理（ＤＳＰ）的普遍使用正在成為一股潮流。ＡＤＭＣ４０１?１??２?芯片即是一個(gè)基于單片ＤＳＰ的控制器，適合工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的高性能控制。該芯片集成了一個(gè)２６ＭＩＰＳ定點(diǎn)內(nèi)核ＡＤＳＰ－２１７１，其編碼與ＡＤＳＰ－２１ｘｘ ＤＳＰ 系列完全兼容。該內(nèi)核具有一套完備的外圍控制接口，可以在高度集成環(huán)境中快速實(shí)現(xiàn)對(duì)元器件的控制。另外，它還包含三個(gè)計(jì)算單元、兩個(gè)數(shù)據(jù)地址發(fā)生器和一個(gè)程序定序器，其中計(jì)算單元包含一個(gè)算術(shù)邏輯單元ＡＬＵ、一個(gè)乘法／累加器?ＭＡＣ?和一個(gè)桶式移位器，而內(nèi)核也增加了位操作、平方、四舍五入和全局中斷屏蔽等指令。除此之外，ＡＤＭＣ４０１芯片還包括兩個(gè)靈活的雙緩沖器以及雙向同步串行口。圖３為ＡＤＭＣ４０１的功能框圖。從圖中可以看到：該芯片提供有２ｋ×２４位的內(nèi)部程序儲(chǔ)存器ＲＡＭ、２ｋ×２４位的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ＲＯＭ、１ｋ×１６位的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ＲＡＭ、一個(gè)高性能８通道１２位模數(shù)轉(zhuǎn)換ＡＤＣ系統(tǒng)（它能經(jīng)過４對(duì)輸入實(shí)現(xiàn)雙通道同時(shí)采樣）、一個(gè)三相１６位中心對(duì)稱的ＰＷＭ發(fā)生器（能以最小開銷產(chǎn)生高精度的ＰＷＭ信號(hào)）、一個(gè)增量編碼器接口單元、２個(gè)可調(diào)頻的輔助ＰＷＭ輸出、１２條Ｉ／Ｏ數(shù)字信號(hào)線、一個(gè)雙通道事件捕獲系統(tǒng)一個(gè)１６位看門狗定時(shí)器和２個(gè)１６位內(nèi)部定時(shí)器等。
程序和數(shù)據(jù)ＲＡＭ可以通過串行口引導(dǎo)程序裝入，內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)ＲＡＭ也可以從外圍設(shè)備經(jīng)地址總線和數(shù)據(jù)總線引導(dǎo)程序裝入。此外，ＡＤＭＣ４０１芯片還可充分利用ＤＳＰ內(nèi)核的地址和數(shù)據(jù)總線，同時(shí)增添了重要的外存儲(chǔ)器和外設(shè)擴(kuò)展能力，因而可擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量，并使得ＤＳＰ內(nèi)核能夠?qū)ぶ返剑保矗搿粒玻?位的外部程序存儲(chǔ)器和１３ｋ×１６ 位的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，從而為其與ＰＳＤ接口提供方便。
圖3 單片數(shù)字信號(hào)處理（DSP）器ADMC401功能框圖
３ ＡＤＭＣ４０１與ＰＳＤ３１１的接口設(shè)計(jì)
由于ＰＳＤ３ＸＸ內(nèi)部提供了許多應(yīng)用系統(tǒng)所需要的全部元件和“外圍”，這使得設(shè)計(jì)兩片式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成為可能。對(duì)于８０５１，８０１９６和６８ＨＣ１１等微控制器來說，與ＰＳＤ相配合是極為方便的。同樣，對(duì)于提供了外擴(kuò)程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的ＡＤＭＣ４０１來說，也可以和ＰＳＤ相配合�？紤]到系統(tǒng)成本，推薦使用的ＰＳＤ芯片為ＰＳＤ３１１（現(xiàn)有價(jià)格最低的產(chǎn)品）。
ＡＤＭＣ４０１芯片的引導(dǎo)程序裝載可以通過引腳ＭＭＡＰ和ＢＭＯＤＥ的各種不同狀態(tài)來完成，如果引腳ＭＭＡＰ和ＢＭＯＤＥ所加的電壓都為“０”，那么ＡＤＭＣ４０１將工作在所謂的ＥＰＲＯＭ引導(dǎo)程序模式，其中被稱為“引導(dǎo)存儲(chǔ)器”的專用外部存儲(chǔ)空間將允許芯片和字節(jié)寬度的ＥＰＲＯＭ相連，并在上電時(shí)通過存儲(chǔ)器接口從外部裝載程序；而如果引腳ＭＭＡＰ和ＢＭＯＤＥ設(shè)置為其它電位，那么將會(huì)產(chǎn)生不同的引導(dǎo)模式。另外，ＡＤＭＥ４０１芯片還有一個(gè)專門的低電平有效信號(hào)ＢＭＳ（Ｂｏｏｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ｓｅｌｅｃｔ，引導(dǎo)存儲(chǔ)器選擇），可用于簡化引導(dǎo)存儲(chǔ)器的接口。以上這些功能極大地方便了ＡＤＭＣ４０１和ＰＳＤ的接口設(shè)計(jì)。圖４為ＡＤＭＣ４０１和ＰＳＤ３１１的接口電路圖（圖中還包括一些其它外圍）。
圖4 ADMC401-PSD311接口電路圖
由圖可見，ＡＤＭＣ４０１與ＰＳＤ３１１的連接幾乎和它與標(biāo)準(zhǔn)的ＥＰＲＯＭ連接一樣簡單。由于總線的通路布在ＡＤＭＣ４０１內(nèi)部，因此，ＰＳＤ３１１的８根數(shù)據(jù)線并不是像常用的與ＡＤＭＣ４０１的Ｄ７～Ｄ０相連，而是與Ｄ１５～Ｄ８相連。另外，還要注意，地址的最高位是由ＡＤＭＣ４０１的Ｄ２２線提供的（在ＡＤＭＣ４０１中沒有Ａ１４地址線）。其ＢＭＳ信號(hào)可用于ＥＰＲＯＭ的
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