利用PSD3XX与ADMC401接口设计的无功发生器系统方案

随着微机控制技术的广泛应用以及控制系统复杂性和实时性要求的不断提高,很多控制系统都对高速、多功能、大容量控制器的被控对象提出了各种要求控制.尤其是在工业应用领域中,系统需要快速地完成大量数据的采集和处理以及控制信号的接收和发送等诸多功能,这样,一般的单片机系统很难满足要求.因此,如何设计一个实用、经济、合理的高性能控制系统已成为设计的关键.

1 PSD芯片说明

对于一个单片机系统,如果采用常规的RAM、ROM和逻辑器件分离的系统连接方式,必定会使整个控制电路过于庞杂,从而给设计和调试带来很大的困难,同时也会降低系统的稳定性.而美国WSI公司生产的可编程外围逻辑器件PSD系列芯片内集成有EPROM、SRAM和PLD阵列等部件,它将单片机所需的多个外围芯片集成在一个芯片内,从而大大地简化了硬件电路的设计,减少了印制电路板的面积,缩短了开发周期.图1是PSD3系列器件的组成结构.

从图中可以看到PSD3XX内部有256k位到1M位不等的EPROM,它们被均匀地分为8个相同大小的区,每个区都有相应的选择信号,通过 PSD中PLD译码部分可产生相应的选择信号.还有一些主要的功能部件,如多个单独可配置I/O端口、两个可编程阵列(PAD A和PAD B)、16k位静态RAM等.对于较大的系统,还可以通过水平级联(以增加总线宽度为特点)或垂直级联(以增加子系统深度为特点)等方式并配置多个 PSD3XX来完成.PSD3XX可以和多路复用或非多路复用总线的16位微控制器接口.并支持多种MCU,例如Intel的80196、 80386EX,Motorola的68HC16、683XX,Philips的80C51XA以及AD公司的ADSP2105等.如此大的储存空间和功能单元极大地方便了单片机的嵌入式设计,同时地为用户提供了更为简单灵活的解决方案.图2是常规的单片机系统和由PSD组成的系统进行硬件结构比较的示意图,可见运用PSD后,系统结构得到极大简化.

图2 常规单片机系统和由PSD组成的两片系统比较图

2 ADMC401芯片说明

对于系统设计者来说,数字信号处理(DSP)的普遍使用正在成为一股潮流.ADMC401?1??2?芯片即是一个基于单片DSP的控制器,适合工业应用领域中的高性能控制.该芯片集成了一个26MIPS定点内核ADSP-2171,其编码与ADSP-21xx DSP 系列完全兼容.该内核具有一套完备的外围控制接口,可以在高度集成环境中快速实现对元器件的控制.另外,它还包含三个计算单元、两个数据地址发生器和一个程序定序器,其中计算单元包含一个算术逻辑单元ALU、一个乘法/累加器?MAC 和一个桶式移位器,而内核也增加了位操作、平方、四舍五入和全局中断屏蔽等指令.除此之外,ADMC401芯片还包括两个灵活的双缓冲器以及双向同步串行口.图3为ADMC401的功能框图.从图中可以看到:该芯片提供有2k×24位的内部程序储存器RAM、2k×24位的内部程序存储器ROM、 1k×16位的内部数据存储器RAM、一个高性能8通道12位模数转换ADC系统(它能经过4对输入实现双通道同时采样)、一个三相16位中心对称的 PWM发生器(能以最小开销产生高精度的PWM信号)、一个增量编码器接口单元、2个可调频的辅助PWM输出、12条I/O数字信号线、一个双通道事件捕获系统一个16位看门狗定时器和2个16位内部定时器等.

程序和数据RAM可以通过串行口引导程序装入,内部程序和数据RAM也可以从外围设备经地址总线和数据总线引导程序装入.此外,ADMC401芯片还可充分利用DSP内核的地址和数据总线,同时增添了重要的外存储器和外设扩展能力,因而可扩展外部程序存储器和数据存储器容量,并使得DSP内核能够寻址到14k×24 位的外部程序存储器和13k×16 位的外部数据存储器,从而为其与PSD接口提供方便.

图3 单片数字信号处理(DSP)器ADMC401功能框图

3 ADMC401与PSD311的接口设计

由于PSD3XX内部提供了许多应用系统所需要的全部元件和“外围”,这使得设计两片式计算机系统成为可能.对于8051,80196和 68HC11等微控制器来说,与PSD相配合是极为方便的.同样,对于提供了外扩程序、数据存储空间的ADMC401来说,也可以和PSD相配合.考虑到系统成本,推荐使用的PSD芯片为PSD311(现有价格最低的产品).

ADMC401芯片的引导程序装载可以通过引脚MMAP和BMODE的各种不同状态来完成,如果引脚MMAP和BMODE所加的电压都为 “0”,那么ADMC401将工作在所谓的EPROM引导程序模式,其中被称为“引导存储器”的专用外部存储空间将允许芯片和字节宽度的EPROM相连, 并在上电时通过存储器接口从外部装载程序;而如果引脚MMAP和BMODE设置为其它电位,那么将会产生不同的引导模式.另外,ADME401芯片还有一个专门的低电平有效信号BMS(Boot