Распродажа

Электронные компоненты со склада по низким ценам, подробнее >>>

Журнал Компел

2010: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
2009: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
13, 14, 15, 16
2008: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
13, 14, 15, 16
2007: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20
2005: 
1, 2, 3

Новости электроники

В 14 раз выросло количество россиян на MediaTek Labs ? проекте по созданию устройств "интернета вещей" и "носимых гаджетов"

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца (ноябрь и декабрь 2014 года), в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины ? в 12. Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs.mediatek.com превысила одну десятую от общего количества зарегистрированных на MediaTek Labs пользователей.

Новое поколение Джобсов или как MediaTek создал свой маленький "Кикстартер"

Амбициозная цель компании MediaTek - сформировать сообщество разработчиков гаджетов из специалистов по всему миру и помочь им реализовать свои идеи в готовые прототипы. Уже сейчас для этого есть все возможности, от мини-сообществ, в которых можно посмотреть чужие проекты до прямых контактов с настоящими производителями электроники. Начать проектировать гаджеты может любой талантливый разработчик - порог входа очень низкий.

Семинар и тренинг "ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!" (14-15.10.2013, Новосибирск)

Компания Компэл, приглашает вас принять участие в семинаре и тренинге ?ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!?, который пройдет 14 и 15 октября в Новосибирске.

Мне нравится

Комментарии

дима пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ827:

люди куплю транзистар кт 827А 0688759652

тамара плохова пишет в теме Журнал Радио 9 номер 1971 год. :

как молоды мы были и как быстро пробежали годы кулотино самое счастливое мое время

Ивашка пишет в теме Параметры отечественных излучающих диодов ИК диапазона:

Светодиод - это диод который излучает свет. А если диод имеет ИК излучение, то это ИК диод, а не "ИК светодиод" и "Светодиод инфракрасный", как указано на сайте.

Владимир пишет в теме 2Т963А-2 (RUS) со склада в Москве. Транзистор биполярный отечественный:

Подскажите 2т963а-2 гарантийный срок

Владимир II пишет... пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ372:

Спасибо!

Журнал "Новости Электроники", номер 14, 2008 год.

Новые возможности семейства специализированных микроконтроллеров TMS320F2833x

Владимир Козаченко (НПФ ╚Вектор╩)
В статье речь пойдет об особенностях применения микроконтроллеров TMS320F2833x с поддержкой операций с плавающей точкой, которые используются для встраиваемых приложений в силовой электронике, электроприводе и системах питания.

История развития современной микропроцессорной техники характеризуется все большей адаптацией к области предполагаемого применения, когда архитектура центрального процессора, система команд, объем памяти и набор встроенных периферийных устройств определяются совокупностью типовых задач конкретной предметной области. Появились так называемые «специализированные» микроконтроллеры, ориентированные на использование в определенных областях техники. Их основное преимущество состоит в интеграции на кристалл целого ряда автономно работающих периферийных устройств, эффективно решающих широкий спектр типовых задач и высвобождающих ресурсы центрального процессора для поддержки сервисных и системных функций.

Сигнальные микроконтроллеры Texas Instruments ‘C2000 являются примером такого специализированного семейства, рассчитанного на применение в силовой электронике, электромеханике, системах комплексной автоматизации производства. Микроконтроллеры семейства эффективны для управления: электрическими двигателями любых типов от асинхронного до вентильно-индукторного (Motor Control); роботами, манипуляторами, станками с ЧПУ (Motion Control); силовыми преобразователями, источниками вторичного и стабилизированного питания (Power Control). Они перекрывают чрезвычайно широкий спектр применений: от бытовой и промышленной техники до энергетики (в том числе ветро- и солнечной энергетики), трансмиссий электромобилей и тяговых электроприводов городского и магистрального транспорта.

История семейства началась в 1995 г. с разработки первого специализированного сигнального микроконтроллера типа Motor Control TMS320F240, на порядок более производительного по сравнению со своими «коллегами» - классическими специализированными микроконтроллерами типа Motor Control фирм Intel, Motorola и др.

 

Основные этапы развития семейства

16-разрядные DSP-микроконтроллеры ‘24x:

 

16-разрядные DSP-микроконтроллеры ‘240x:

 

32-разрядные DSP-микроконтроллеры ‘281x:

 

32-разрядные DSP-микроконтроллеры ‘280x:

 

32-разрядные DSP-микроконтроллеры ‘2833х:

Разработчики систем привода и силовой электроники с появлением микроконтроллеров ‘2833x получили изделие своей мечты, «начиненное» самой современной периферией (рис. 1) и позволяющее вести разработку программного обеспечения на языке высокого уровня С/С++ как с использованием фиксированной точки (полная совместимость с ‘28xx), так и с использованием плавающей точки.

 

Функциональная блок-схема микроконтроллеров ‘2833x

 

Рис. 1. Функциональная блок-схема микроконтроллеров ‘2833x

Первый вариант предполагает представление переменных проекта в относительных единицах и поддерживается оптимизированной по быстродействию библиотекой математических функций IQmath. Во втором случае диапазон представления переменных существенно шире и переход к относительным единицам может вообще не потребоваться. Уменьшается объем программного кода и время его выполнения. В тех редких случаях, когда вычисления с плавающей точкой могут привести к накоплению ошибок и к фатальным сбоям (например, при расчете электрических и механических углов в замкнутых по положению системах привода), сохраняется возможность использования арифметики с фиксированной точкой.

Пока в серию микроконтроллеров TMS320F2833x входят три изделия ‘28335/ ‘28334/‘28332, отличающиеся тактовой частотой (150/150/100 МГц), объемом встроенной флэш-памяти (256/128/64 К слова, встроенного ОЗУ - 32/32/26 К слов), количеством независимых каналов ШИМ-генератора (18/18/16 (из них 6 поддерживают режим высокого разрешения)), числом каналов захвата внешних событий (6/4/4), числом последовательных коммуникационных портов (SCI - 3/3/2) и многоканальных буферизированных последовательных портов McBSP (2/2/1). Дополнительно имеются: 9 таймеров, «квадратурный» декодер, 16-канальный АЦП с временем преобразования 80 нс/канал; синхронный периферийный интерфейс SPI, интерфейс I2C, 16/32-разрядная шина расширения памяти.

Наличие модуля поддержки вычислений с плавающей точкой (МПТ) удорожает микроконтроллер, поэтому для разработчиков, работающих исключительно в формате с фиксированной точкой, предлагаются точно такие же изделия, но без МПТ - ‘28235/ ‘28234/‘28232.

Покажем преимущества новой серии микроконтроллеров ‘2833x на примере трех важнейших устройств: модуля поддержки вычислений с плавающей точкой; расширенного модуля ШИМ-генератора и контроллера прямого доступа в память.

 

Модуль поддержки вычислений с плавающей точкой

Центральный процессор микроконтроллеров ‘2833x построен по модифицированной Гарвардской архитектуре, аналогичной архитектуре семейства ‘28x, и отличается наличием двух параллельно работающих вычислителей с фиксированной и плавающей точкой. По системе команд микроконтроллеры ‘2833x и ‘28x совместимы сверху вниз. Любой программный код, написанный для ‘28x, будет выполняться на ‘2833x с использованием только вычислителя с фиксированной точкой.

Система команд ‘2833x расширена командами обработки 32-разрядных чисел с плавающей точкой однократной точности в формате IEEE. Эти команды выполняются с использованием вычислителя с плавающей точкой и дополнительного блока регистров R0H-R7H, - регистров источников/приемников операндов в формате с плавающей точкой. Эти регистры имеют собственные теневые регистры для поддержки механизма быстрого сохранения и восстановления контекста в высоко-приоритетных прерываниях. Вычислитель с плавающей точкой имеет свой собственный статусный регистр, позволяющий анализировать результаты операций. Возможен как программный контроль переполнений вверх и вниз при выполнении операций с плавающей точкой, так и более эффективный контроль переполнений по прерываниям.

Архитектура центрального процессора содержит дополнительные улучшения, связанные с организацией циклов, - в отличие от микроконтроллеров ‘28x имеются не только команды повторения отдельной инструкции, но и команды повторения блока кода.

На рис. 2. показан принцип организации конвейера для микроконтроллеров ‘2833x. Начиная со второй стадии декодирования D2, конвейер раздваивается.

 

Конвейер команд ЦПУ с плавающей точкой

 

Рис. 2. Конвейер команд ЦПУ с плавающей точкой

Команды вычислений с фиксированной точкой направляются на верхний конвейер, а команды с плавающей точкой - на нижний. Параллельная работа двух вычислителей обеспечивает двукратный рост производительности процессора - до 300 млн. оп./с.

Часть команд с плавающей точкой, таких как команды сравнения CMP, поиска минимума MIN, максимума MAX, инвертирования знака числа NEG и получения абсолютного значения числа ABS являются одноцикловыми. Другая часть команд, в первую очередь арифметических, - умножения MPY, сложения ADD, вычитания SUB, умножения с накоплением MACF32 - двуцикловые. Для того чтобы результат такой операции стал доступен следующей команде, необходимо задержать конвейер на один цикл. В системе команд ‘28335 даются рекомендации, как это сделать при программировании на Ассемблере. Компилятор С/С++ автоматически оптимизирует алгоритм пользователя с учетом возможного параллельного выполнения команд, добавляя, как правило, «не конфликтующие с конвейером» команды загрузки операндов, которые понадобятся на следующих этапах вычислений. Тем самым практически полностью исключаются непроизводительные задержки конвейера.

Система команд для работы с числами в формате с плавающей точкой является функционально полной и включает в себя арифметические команды, команды конвертирования форматов (из формата с фиксированной точкой в формат с плавающей точкой и обратно), большое число высокоэффективных параллельно выполняемых команд, таких как арифметическая операция и загрузка или сохранение, умножение и одновременно сложение и т.д.

Имеются также команды получения первого приближения обратного значения числа в формате с плавающей точкой и корня квадратного, которые с помощью двух дополнительных программных итераций в соответствии с алгоритмом Ньютона-Рафсона позволяют получить точный 32-разрядный результат. Тем самым аппаратно обеспечивается высокая эффективность любых операций с плавающей точкой, включая деление. Эти аппаратные возможности поддерживаются компилятором С/С++.

Вызывают восхищение мощная команда умножения с накоплением, которая позволяют одновременно в формате с плавающей точкой рассчитывать сразу два цифровых фильтра любого порядка, выборки и коэффициенты которых последовательно-поочередно расположены в памяти. Команда может включаться в цикл повторения инструкции и выполняется всего за два цикла.

 

Модуль расширенного ШИМ-генератора

История развития техники идет по спирали, все повторяется на очередном витке, но на более качественном уровне. Первые ШИМ-генератары строились на базе «массива программируемых таймеров со своими собственными каналами сравнения». Далее на их основе были созданы «процессоры событий». Оказалось, что в силовой электронике большинство применений связано с управлением сразу группой ключей (например, 6-ю ключами инвертора), причем частота несущей должна быть одинакова. Кроме того, необходимы дополнительные аппаратные средства защиты ключей от сквозного тока, а также поддержка специальных режимов управления, таких как «широтно-импульсная модуляция базовых векторов». Появились более сложные устройства, реализующие эти требования - «менеджеры событий». Эти периферийные устройства предельно эффективны для управления классическими инверторами: на 30% снижаются динамические потери в ключах, на 15% повышается коэффициент использования входного напряжения постоянного тока.

По мере расширения области применения специализированных микроконтроллеров возникли новые задачи: 1) управление многоканальными силовыми источниками питания, где каждый канал должен работать на своей собственной несущей частоте, или на одной и той же частоте, но с заданным фазовым сдвигом; 2) цифро-фазовое управление ключами тиристорных преобразователей и регуляторов напряжения (устройств мягкого пуска); 3) управление многоуровневыми инверторами, в том числе высоковольтными, с синхронизацией значительного числа каналов. Были разработаны расширенные ШИМ-генераторы для семейств ‘280x и ‘2833x, структура которых напоминает «процессоры событий» (рис. 3), а возможности значительно перекрывают все старые и новые потребности разработчиков.

 

Структура модуля расширенного ШИМ-генератора

 

Рис. 3. Структура модуля расширенного ШИМ-генератора

Все модули расширенного ШИМ-генератора строятся одинаково. Каждый из них содержит: базовый таймер TB, блок сравнения CC, конструктор выходных ШИМ-сигналов AQ, генератор «мертвого времени» DB, прерыватель ШИМ PC, устройство блокировки ШИМ TZ. Модуль имеет два выхода EPWMxA и EPWMxB, которые можно использовать либо независимо друг от друга, либо в паре для управления верхним и нижним ключом стойки инвертора.

Базовый таймер модуля работает в режимах нереверсивного и реверсивного счетчика. Период ШИМ задается в регистре периода TBPRD, а начальное состояние счетчика аппаратно загружается из регистра фазового сдвига TBPHS по сигналу синхронизации (аппаратному EPWMxSYNCI или программному). Тем самым реализуется новая стратегия фазового управления, когда ШИМ-сигналы, формируемые различными модулями, могут быть сдвинуты друг относительно друга на любой заданный угол. Внутри модуля временной базы формируются три события «по нулю» CTR=ZERO, «по периоду» CTR=PRD, «по направлению счета» CTR_Dir, которые обрабатываются конструктором ШИМ-сигналов.

Отличительной особенностью блока сравнения являются два независимых канала с регистрами задания двух уставок сравнения CMPA и CMPB. Оба события «по сравнению» CTR=CMPA и CTR=CMPB также обрабатываются конструктором ШИМ-сигналов.

Конструктор ШИМ-сигналов для каждого из двух выходов EPWMxA и EPWMxB позволяет по любому из пяти входных событий сгенерировать следующие выходные события: установить высокий уровень сигнала, низкий уровень; переключить с высокого на низкий уровень или обратно; оставить состояние выхода неизменным. Чтобы сконструировать выходные периодические сигналы разработчику нужно расставить на «опорной цифровой пиле» графические обозначения требуемых выходных событий и в соответствии с ними проинициализировать ШИМ-генератор. На рис. 4 в качестве примера показано, как на базе одного модуля создать два центрированных ШИМ-сигнала. Входные события по сравнению A вверх CA↑ и вниз CA↓ управляют фронтами первого ШИМ-сигнала, а по сравнению В вверх CВ↑ и вниз CВ↓ - фронтами второго ШИМ-сигнала.

 

Конструирование выходных ШИМ-сигналов

 

Рис. 4. Конструирование выходных ШИМ-сигналов

Как обычно, сохраняется возможность по нужному событию (например, «по периоду») генерировать запрос прерывания и в процедуре обслуживания этого прерывания изменять период ШИМ и уставки на сравнения CA и CB, управляя выходными параметрами ШИМ-сигналов (периодом, скважностью и т.п.).

Защиту по «мертвому времени» можно организовать как программно, так и аппаратно, используя блок DB. При этом величина «мертвого времени» регулируется независимо для переднего и заднего фронтов импульсов с точностью до 0,01 мкс.

Интерес для разработчиков представляют необязательные дополнительные блоки, - прерывателя ШИМ-сигналов и блокировки ШИМ. Прерыватель, работающий на очень высокой несущей частоте (до 18,75 МГц), позволяет простыми аппаратными средствами организовать трансформаторную гальваническую развязку между драйверами силовых ключей и микроконтроллером. Модуль блокировки ШИМ может принять сигнал аварии из силового преобразователя и заблокировать выход ШИМ. С его помощью реализуется аппаратный релейный контур тока: как только сигнал по току превысит задание, внешний компаратор выдаст сигнал на один из входов TZx микроконтроллера и заблокирует выход ШИМ, скважность будет автоматически ограничена.

Уникальная архитектура расширенного ШИМ-генератора позволяет легко реализовать: широтно-импульсную модуляцию базовых векторов для обычных трехфазных инверторов; аппаратную синхронизацию 12-и ШИМ-сигналов управления трех-уровневыми инверторами; автоматическую фазовую синхронизацию любого числа каналов DC/DC-преобразователей в зависимости от числа работающих каналов; прецизионное управление скважностью для устройств, работающих на высоких частотах несущей (до сотен кГц).

 

Контроллер прямого доступа в память

Контроллер прямого доступа в память (ПДП) обеспечивает аппаратную передачу данных между периферией и памятью, а также между различными областями памяти без участия центрального процессора, разгружая его от выполнения ряда важных, но рутинных функций. Высвободившееся процессорное время используется для реализации системных функций. В процессе передачи данных возможна их ортогональная перестановка для последующего ускорения обработки данных центральным процессором. В состав контроллера ПДП входит специальный дискретный управляющий автомат, обеспечивающий автоматическую генерацию адресов приемников и источников данных в соответствии с заданными величинами приращений.

Основные возможности контроллера ПДП:

- Четыре банка встроенного статического ОЗУ однократного доступа SARAM емкостью по 16 К слов каждый L4-L7;

- Все зоны внешней расширенной памяти XINTF-зоны (0, 6 и 7);

- Память АЦП - регистры результатов преобразований, отображенные на встроенную память данных;

- Буфера приемника и передатчика многоканальных последовательных буферизированных портов McBSP-A или McBSP-B.

 

 

Рис. 5. Схема взаимодействия контроллера ПДП с памятью и периферийными устройствами

- От 1-го или 2-го задатчика нужной последовательности преобразований по каналам АЦП;

- От многоканального последовательного буферизированного порта McBSP-A или McBSP-B по приему (буфер полон) или передаче данных (буфер пуст);

- От внешних источников прерываний XINT1-7 и XINT13, которые могут быть программно сконфигурированы пользователем на любые свободные линии портов ввода/вывода общего назначения GPIO микроконтроллера;

- От одного из трех таймеров центрального процессора CPU Timers 0, 1, 2 по переполнению.

 

Примеры типовых задач, решение которых целесообразно с поддержкой ПДП:

 

Примеры разработок, реализованных на базе микроконтроллеров ‘2833x

Фирма НПФ «Вектор», совместно с Ижевским радиозаводом, для новой серии преобразователей частоты, предназначенной для тяжелых условий эксплуатации, в том числе в условиях севера, разработала комплектную модульную систему управления. В ее составе - контроллер электропривода МК19.1 (рис. 6), пульт оперативного управления, модуль дискретного и аналогового ввода/вывода, ряд модулей расширения функций контроллера (сопряжения с интеллектуальными датчиками положения по высокоскоростному синхронному интерфейсу, гальванически развязанного аналогового ввода и др.).

 

 

 

Рис. 6. Контроллер МК19.1 на базе TMS320F28335

Все интеллектуальные модули объединены между собой CAN-шиной, которая используется также для межмодульной разводки питания 24 В, что значительно уменьшает число кабелей в системе управления, упрощая монтаж.

Мощные вычислительные возможности контроллера обеспечивают реализацию не только скалярной, векторной и векторной бездатчиковой системы управления асинхронными двигателями, но и ряд специальных алгоритмов управления, в частности, автоподхвата при исчезновении и повторном появлении напряжения питания, нужного в условиях удаленного использования преобразовательной техники при слабых электрических сетях. Обеспечивается автоидентификация модулей в составе системы управления и автодиагностика их состояния.

Совместно с фирмами «Цикл+» и «Центртехкомплект» (г. Москва) той же фирмой разработаны малогабаритные высокопроизводительные контроллеры МК20.1 с центральным процессором TMS320F28335 для управления асинхронными, вентильными и вентильно-индукторными двигателями как с независимым возбуждением, так и с самовозбуждением (рис. 7).

 

Контроллер привода МК20.1

 

Рис. 7. Контроллер привода МК20.1

Контроллеры предназначены для непосредственной установки на силовую плату преобразователя частоты «Универсал» (рис. 8), что позволяет всю конструкцию ПЧ сделать модульной, существенно упростив сборку преобразователя.

 

Преобразователь частоты «Универсал» с открытой крышкой и установленным контроллером МК20.1

 

Рис. 8. Преобразователь частоты «Универсал» с открытой крышкой и установленным контроллером МК20.1

Опыт первого успешного использования новейших микроконтроллеров Texas Instruments серии ‘28335 в комплектных электроприводах отечественного производства полностью подтверждает их уникальные возможности с точки зрения повышения производительности, упрощения программирования и сокращения сроков новых разработок.

 

Литература

1. Козаченко В.Ф., Грибачев С.А. Перспективы применения специализированных сигнальных микроконтроллеров фирмы Texas Instruments ‘F28x в системах управления реального времени // Инженерная микроэлектроника. СHIP NEWS. N10(73), -2002. -С. 5-14.

2. Гук И.И. Сравнительный анализ цифровых сигнальных контроллеров TMS320x281x и TMS320x2833x. //Бюллетень научно-технической информации «Компоненты TI. Полный спектр применений», вып. 1(17), 2008 г., -С. 2-12.

Ответственный за направление в КОМПЭЛе - Мария Рудяк

 

Получение технической информации, заказ образцов, поставка -
e-mail: mcu.vesti@compel.ru  

Вернуться к содержанию номера







Ваш комментарий к статье
Журнал "Новости Электроники", номер 14, 2008 год. :
Ваше имя:
Отзыв: Разрешено использование тэгов:
<b>жирный текст</b>
<i>курсив</i>
<a href="http://site.ru"> ссылка</a>