TMS320xF24xx 至 C2000 Piccolo TMS320F280xx 的迁移概述

除了对 DSP 处理内核的推动之外，我们还提供了 Piccolo 系列的多种 PWM 和 ADC 外设创新。 重温一下，在 TMS320xF24xx 系列中，PWM 输出是“事件管理器”模块的一部分。在事件管理器中，两个 16 位定时器和五个独立的比较匹配检查可以生成最多八个 PWM 输出。 在这八个 PWM 输出中，有六个输出以互补对的形式生成，这意味着每两个 PWM 波形中即有一个是一对中互补波形的强制反波形。 这六个 PWM 输出也可以仅使 用每一对的单个比较匹配检查（除零和周期匹配事件之外）生成。 可编程死区逻辑可应 用于这六个波形的上升沿和下降沿延迟，同时请注意，两个延迟必须使用同一死区值。比较而言，在八个 PWM 输出余下的两个中，每一个都可以使用单独的比较匹配检查（除 零和周期匹配事件之外）独立生成。但是，这两个 PWM 输出不支持任何死区逻辑。 因此，总的说来，来自事件管理器的每个 PWM 输出都可以从至多 1 个比较匹配中生成，而死区逻辑则只能用于八个 PWM 输出中的六个。

在其他特性中，事件管理器 PWM 还提供跳闸逻辑，可以异步强制八个 PWM 输出中的六 个进入高阻抗状态，从而实现系统保护和安全。 此外，事件管理器的时基是与 3 个事件捕捉单元和 1 个正交解码器接口共享的，这一点与 Piccolo 微控制器更加模块化的方法大有不同。 与 Piccolo 微控制器不同，TMSxF24xx 器件上的多个事件管理器 (EV) 无法一起同步时基。

图 4： Piccolo TMS320F28xx ePWM 模块

相反，对于 Piccolo 微控制器，PWM 输出是单独和独立 PWM 模块的一部分。 每个 PWM 模块都具有两个可从单个 16 位定时器和两个独立比较匹配事件（除零和周期匹配事件之外）生成的 PWM 输出。 16 位定时器具有向上、向下和向上/向下计数模式， 其中的向下计数模式是 Piccolo MCU 的独有功能。 此外，Piccolo 微控制器的 PWM 可以生成同步或异步波形，甚至还可以生成带有独立异步双沿占空比控制的 PWM。 某些 Piccolo 器件甚至包含革命性的高分辨率 PWM 模式，由此，设计人员可以获得低至 150ps 的边缘位置分辨率，从而在高频操作下提供持续的高精度控制。 每个 PWM 输出 还包括具有高分辨率性能的死区逻辑，由此，死区延迟可在半周期增量下出现。这可以 进一步降低控制系统中的电源开关损耗。

此外，用户可以对 PWM 模块中的每个 PWM 输出进行独立极性控制，这意味着 Pic- colo 微控制器的 PWM 对不会像TMS320xF24xx 中一样强制为互补对输出。而且，与事件管理器的 PWM 不同，Piccolo 微控制器的 PWM 模块可以通过可配置时间或相位偏移 同步时基；因此，其功能可以创造出更先进的时间同步系统。 然而，与事件管理器相似，Piccolo PWM 也具有跳闸区逻辑，但这一点已通过一次性 PWM 跳闸乃至逐周期 PWM 电流限制操作进行了进一步扩展。 除此以外，Piccolo 的 PWM 在 TMS320xF24xx 系列的跳闸功能上进行了进一步扩展，它提供了强制 PWM 进入高阻抗状态的选项，可以设置 高或低跳闸条件，从而通过跳闸区逻辑实现更强大的安全和保护功能。

比较 Piccolo 微控制器与 TMS320xF24xx 器件的 ADC，我们会发现 Piccolo 微控 制器提供了多个优势。 首先，Piccolo ADC 可提供 12 位的分辨率，而 TMS320xF24xx 提供的是 10 位分辨率。Piccolo 微控制器的 ADC 同样具有更快的转换率，其速率 高达 4.6 兆样本/秒 (MSPS)，而 TMS320xF24xx 器件则为 1.18 至 2.67MSPS。 因此，Piccolo 微控制器的 ADC 不仅能够在数字域上更准确地显示模拟信号，还可以明显更快地捕捉信号以及将信号转换到数字域。 在架构方面，Piccolo 微控制器 ADC 提供了两个独立的取样保持单元，但 TMS320xF24xx 器件仅提供一个取样保持单元。 通过同步双路取样保持功能，Piccolo 微控制器能够同步取样电机应用的相电流，乃至同步取样电流和电压测量。从操作的角度来看，Piccolo 基于启动转换 (SOC)，而 TM- S320xF24xx 器件则基于自动序列发生器。虽然 Piccolo 微控制器可以从单个触发器中创造出持续的转换系列，但由于 TMS320xF24xx 系列中的 ADC 基于自动序列发生器，因此 Piccolo 微控制器的 ADC 使用了 SOC，其中可以针对每个转换指定触发源、样本窗 口大小和通道。这为 ADC 资源提供了最大的灵活性，可以满足不同的系统需求。

最后，Piccolo 系列与 TMS320xF24xx 系列的差异在于事件捕捉 (CAP) 和正交编码器接口 (QEP) 在硬件中的实施方式。 请回想一下，TMS320xF24xx 器件上的 CAP 和 QEP 外设均集成在事件管理器 (EM) 中，它们与 PWM 输出共享定时器资源。 相反，在 Piccolo 微控制器中，CAP 和 QEP 功能单独位于独立的模块中，具有独立的时基。 就功能而言，Piccolo 微控制器的捕捉单元以相似的方式操作，但也具有其他一些特征。 例如，某些 Piccolo 器件甚至包含高分辨率捕捉功能，由此，可以在典型的 300ns 分 辨率下测量出外部脉冲之间的区别。 这会带来更低延迟的系统反馈。 此外，每个事件 捕捉模块都可以在 PWM 模式下工作，可以在 PWM 模块的 PWM 输出之外提供额外的 PWM 输出。

正如本文前面简要提到的那样，Piccolo 包括许多架构增强功能，可以减少控制延迟、 降低系统成本并简化系统设计。 这些增强功能包括片上比较器、片上可编程增益放大器 （在精选器件中）、低延迟 PWM 跳闸、双路取样保持 ADC 和集成生命支持功能。

图5： Piccolo TMS320F2805x 架构方框图

在将电流和电压测量反馈回 Piccolo 微控制器的过程中，ADC 输入引脚也会通过集成 DAC 送入片上比较器中，从而进行过电流或过电压比较。 如果系统状态位于确定的“正常”状态之外，比较器将触发直接异步跳闸以设置 PWM 输出，从而在低至 30ns 下关闭 PWM 输出。 或者，如前所述，PWM 可以逐周期跳闸，从而进行电流限制操作而非系统停机。

在 Piccolo TMS320F2805x 器件中，可编程增益放大器 (PGA) 甚至可以进行片上集成，获取来自 ADC 引脚的输入，并在送入 ADC 个比较器之前进行放大。 PGA 不仅可以降低系统成本，由于系统在外部需要这些 PGA（在未进行片上集成的情况下），它们还可以通过随电机速度的下降扩展 ADC 范围的方式在电机控制等应用中大展所长。

如前所述，Piccolo 微控制器中的 ADC 包含双取样保持单元；但在 TMS320xF24xx 系列中，ADC 仅提供一个取样保持单元。 虽然 TMS320xF24xx ADC 可以尝试模拟同步双 取样，样本间的延迟通常为 850ns，但Piccolo 微控制器的 ADC 具有两个完整的取样保持单元，且同步样本之间无延迟。 在需要测量同步相位电流或同步电流和电压读数时， 这一点非常重要。 样本之间的任何延迟都将会在系统建模中造成误差，甚至会在由此产生的系统控制中造成误差。 Piccolo 微控制器消除了这种误差，可以进行更准确的系统测量和控制。

最后，与 TMS320xF24xx 器件相比，Piccolo 微控制器提供额外的生命支持电路，可以降低 Piccolo 器件供电和计时的成本和复杂性。 Piccolo 微控制器具有一个片上电压 稳压器 (VREG)，允许设计人员向器件提供单个 3.3V 输入。 VREG 可无缝自主地将输 入电源调整为模拟子系统需要的 1.8V 电压轨。 同样，Piccolo 器件还具有上电复位 (POR) 和欠压复位 (BOR) 功能，可消除增加外部电路来监控器件电源输入的需求。 此外值得一提的是，Piccolo 微控制器提供两个具有时钟故障检测功能的片上振荡器，可 在出现故障时无缝切换至备份时钟源。

软件、可编程性和支持

从软件来看，与 TMS320xF24xx 系列相比，Piccolo 器件拥有丰富的软件资源。 Piccolo 器件全部可使用 C 语言进行编程，其中某些器件甚至自带浮点支持。 通过独特的器件库，您可以使用 Piccolo 进行轻松编程和开发。 例如，IQMath™ 库为定点器件提供了浮点开发的益处，使开发更加容易，同时在定点和浮点器件之间提供了更好的代码移植性。 还有适用于简单 FFT、FIR、复数数学、信号生成等的 DSP 库。 此外，如果您熟悉 TMS320xF24xx 器件上的电机控制库，此库经过多年的更新和优化，已成为适用于 Piccolo 微控制器且经过全面优化的最新电机库。 您可以找到与 TMS320xF24xx 器件的电机库相同的功能，但我们使用更新的功能扩展了这个新库，包括 3 相传感和无传感电机的控制。 此外，我们还针对基于太阳能和数字能源的开发提供了优化的应用库，为开发人员提供一整套经过应用调优的库，可缩短开发时间。

图 6：controlSUITETM 软件套件