基于ARM7和DSP的逆变电源设计研究

2. 1 DSP 控制模块

该模块是逆变信号产生及反馈检测调整模块， 核心是一片C2000 系列高性能DSP 处理器TMS320F2808（以下简称F2808） , F2808 产生的SPWM 信号经过CPLD 进行逻辑延时移相形成三相逆变器IGBT控制信号。F2808 是德州仪器（ TI） 公司的一款高速DSP芯片， 最高运行速度可达100 MIPS, 为适应工控强干扰环境， F2808 内部集成了增强型输入捕获单元（ eCAP） 和带死区控制功能的输出比较PWM 产生单元（ ePWM） ,12 位16 通道快速ADC 单元； 内核支持用于定点DSP实现浮点运算的IQ 变换函数库； 还有诸如SCI, SPI,eCAN 等丰富而通用的外设接口。如图2 所示， 设计中F2808 的主要任务是监控IPS 功率部分的开关状态和动作， 根据逆变器和负载状态反馈调整3 路SPWM波形的输出，电池充电脉冲控制。DSP 输出的3 路SPWM 信号直接送给CPLD，经过CPLD 的等间隔脉冲延迟移相作为逆变器产生U, V, W 三相电的控制波形。

图2 DSP 控制模块框图

2. 2 人机交互全局控制模块

人机交互控制模块是此IPS 设计中最为复杂的数字化管理模块， 它不仅监测和管理逆变系统的运作， 还要保证IPS 控制器与外界的通信。设计中要求人机交互模块能处理复杂的任务调度和很强的突发访问（ 中断） 处理， 这就必须有较高运行速度；模块内部还要有丰富的扩展接口提供IPS 与外部即时通信； 具备优越的总线控制和访问机制等。综合考虑上述需求， 设计中选择了意法半导体（ ST ） 公司推出的最新32 位单片机STM32F103ZET6 （ 以下简称ST M32） 。ST M32 是基于ARM7 Co rtexM3 内核架构的高速高性能嵌入式控制芯片， 拥有72 MHz 内核工作频率和1. 25 DMIPS/ MHz的指令流水处理速度； 先进的总线结构和多达16 级的带DMA 功能抢占中断机制（ NIVC） [ 10] 。如图3 所示，设计中ST M32 通过SCI 接口及1 根中断请求/ 接收线与DSP 2808 进行通信； 利用片上扩展的其中2 个SCI 口分别作为RS 232 和RS 485通信协议口； CAN 总线接口和U SB 总线通过共享数据缓冲区和中断向量入口与外界互联通信；通过STM32 的26 位地址总线和16 数据总线扩展外挂256 KB SRAM 和4 MB N OR FLASH, 以及8 位数据口的LCM 模块RA8806 以及用于SNMP 的16 位并行数据的以太网芯片W5100; 启用ST M32 的SDIO 总线以启用用户插入SD 卡存储查询IPS 状态数据功能； 启用现场环境下独立时钟看门狗电路和STM32 特有的窗口看门狗；启用内部芯片温度传感器采样监控， RC时钟源以及外部唤醒功能； 通过通用引脚接入DS18B20 温度传感器对环境温度的采样， 预留I2 C 方式E2PROM 和SPI 方式的DA TA FLASH 接口为产品后续升级开发做准备。

图3 STM32 模块组成框图