Ứng dụng vi xử lý tín hiệu số TMS320 trong điều khiển, phục vụ công tác đào tạo tại trung tâm thí nghiệm trường đại học kĩ thuật công nghiệp thái nguyên

i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------

TRẦN THỊ HẢI YẾN

“ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TMS320 TRONG ĐIỀU KHIỂN, PHỤC VỤ CÔNG
TÁC ĐÀO TẠO TẠI TRUNG TÂM THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN THÁI
NGUYÊN”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự dộng hóa

Thái Nguyên - năm 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ii

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là:

Trần Thị Hải Yến

Sinh ngày :
12 tháng 04 năm 1986
Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công
Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Ngun – Đại
học Thái Ngun.
Tơi cam đoan tồn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hƣớng của giáo
viên hƣớng dẫn, không sao chép của ngƣời khác.
Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã đƣợc chỉ ra trong luận văn.
Nếu có gì sai tơi hồn toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả luận văn

Trần Thị Hải Yến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

iii

LỜI NĨI ĐẦU
1. Tính cấp thiết cua đề tài.
Chúng ta đang sống trong một kỷ nguyên hiện đại và đang đƣợc thừa hƣởng những
thành quả tiến bộ nhất của khoa học kỹ thuật. Cùng với sự phát triển của các nghành
khoa học kỹ thuật khác nhƣ điện tử, tin học, cơng nghệ điện tử viễn thơng, tự động hóa
các dây truyền sản xt vì vậy ngành tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ nó góp phần
tăng năng xuất lao động và giảm chi phí về giá thành của các mặt hàng vì vậy tự động
hóa khơng chỉ hiện đại và đa dạng mà cịn có nhiều phƣơng án tối ƣu nhằm tiết kiệm
chi phí và nâng cao hiệu quả trong sản xuất.
Là một giáo viên của khoa Điện - Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái
Nguyên – Đại học Thái Nguyên. trực tiếp tham gia đào tạo, nên tôi rất quan tâm đến hệ
thống sử dụng điều khiển số vào ứng dụng điều khiển, trong đề tài này tôi muốn đề cập
đến việc sử dụng TMS320 vào trong điều khiển.
Xuất phát từ những lý do trên tôi chọn đề tài : “Ứng dụng vi xử lý tín hiệu số

TMS320 trong điều khiển, phục vụ công tác đào tạo tại trung tâm thí nghiệm Trường
Đại học KTCN Thái Nguyên”.
2. Mục tiêu của luận văn
Xây dựng hệ thí nghiệm điều khiển động cơ sử dụng vi xử lý TMS phục vụ cho
công tác đào tào tại Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học
Thái Nguyên.
Trên cơ sở thiết bị hiện có của trƣờng và nội dung chƣơng trình đào tạo, dựa vào
kết quả nghiên cứu này, tiến hành triển khai thành các modul thực hành phục vụ công
tác đào tạo cho Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái
Nguyên.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
- Vi xử lý TMS320
- Động cơ tuyến tính
4. Ý nghĩ khoa học và thực tiễn của đề tài
Nâng cao đƣợc chất lƣợng đào tạo nghề của nhà trƣờng
Đáp ứng đƣợc yêu cầu của thực tế sản xuất do hiện nay trong thực tế đang sử dụng
rộng rãi hệ thơng này trong các thiết bị địi hỏi chất lƣợng điều khiển.
5. Kết cấu của luận văn của luận văn
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chƣơng sau:
Chƣơng 1: Khái quát phần cứng vi xử lý TMS320 và phần mềm đi kèm và đánh
giá khả năng ứng dụng của TMS320 trong việc điều khiển một số đối tƣợng nhƣ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

iv

động cơ (động cơ điện 1 chiều, xoay chiều, servo...), thiết bị điều khiển quá
trình...
Chƣơng 2: Ứng dụng vi xử lý TMS320 vào việc thiết kế bộ điều khiển cho một

đối tƣợng cụ thể (có thể là động cơ điện 1 chiều, xoay chiều, động cơ servo, thiết
bị điều khiển q trình), hiện có tại trung tâm thí nghiệm trƣờng ĐHKTCN Thái
Nguyên. Tiến hành mô phỏng.
Chƣơng 3: Kết luận và thực nghiệm.
Kết luận và kiến nghị
Để hoàn thành đƣợc luận văn, ngoài sự cố gắng của bản thân, tác giả đã nhận đƣợc
sự hƣớng dẫn tận tình của cán bộ hƣớng dẫn TS Cao Xuân Tuyển và sự giúp đỡ của
trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên, tập thể thầy cô giáo của
Khoa Điện và khoa Sau đại học và bạn bè đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cám ơn thầy giáo hƣớng dẫn và tập thể thầy cô giáo của Khoa
Điện và khoa Sau đại học - trƣờng Đại học Kỹ thuật công đã giúp đỡ tơi hồn thành
luận văn và chƣơng trình học tập.
Thái Nguyên, ngày

tháng năm 2014

Tác giả luận văn

Trần Thị Hải Yến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................. iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................................... v

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU ..................................................................................vi
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................................... 1
KHÁI QUÁT PHẦN CỨNG VI XỬ LÝ TMS320 VÀ PHẦN MỀM ĐI KÈM .......................... 1
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA TMS320 TRONG ĐIỀU KHIỂN ....................... 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ TMS320 .............................................................................................. 1
1.1.1 CẤU TRÚC DSP TMS320F2812.................................................................................. 1
1.1.2. Cổng vào ra số ( Digital I/O ) .................................................................................... 10
1.1.3 Chuyển đổi tƣơng tự số ( ADC) ................................................................................. 18
1.1.4. Hệ thống ngắt F2812 ................................................................................................. 25
1.1.5. Modul quản lý sự kiện (EV ) ..................................................................................... 30
1.2. CÁC MÔI TRƢỜNG PHẦN MỀM HỖ TRỢ PHÁT TRIỂN DSP F281x .................... 32
1.2.1 Sử dụng trình biên dịch CCS (Code Composer Studio) ............................................. 32
1.2.2. Sử dụng môi trƣờng lập trình đồ họa ViSsim............................................................ 34
1.2.3. Matlab và gói phần mềm hỗ trợ lập trình cho DSP TIC2000 ................................... 35
1.3. VÍ DỤ ỨNG DỤNG TMS320 VÀO TRONG ĐIỀU KHIỂN ........................................ 36
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1: ........................................................................................................... 38
CHƢƠNG 2 ................................................................................................................................. 38
ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ TMS320 VÀO THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ................................... 39
2.1. Đặt vấn đề. ....................................................................................................................... 39
2.2 Khái Quát về đối tƣợng điều khiển................................................................................... 40
2.2.1 Đặc điểm của một hệ chuyển động thẳng. .................................................................. 40
2.2.2 Khái quát về các phƣơng pháp điều khiển động cơ tuyến tính.................................. 41
2.3. Mơ hình hóa ĐCTT ......................................................................................................... 43
2.3.1 Ngun lý cấu tạo và làm việc của động cơ tuyến tính .............................................. 43
2.3.2. Mơ hình tốn học động cơ tuyến tính tƣơng tự nhƣ động cơ bƣớc unipolar ............. 50
2.3.3. Mơ hình hóa động cơ tuyến tính ba pha loại ĐB – KTVC ........................................ 52
2.4. KHÁI QUÁT PHẦN CỨNG........................................................................................... 59
2.4.1 Mô tả cấu trúc điều khiển. .......................................................................................... 59
2.4.2. Mạch cứng sử dụng TMS320 và ULN2803 ............................................................. 67
2.5. MÔ PHỎNG VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN ............................................................... 70

2.5.1 Động cơ tuyến tính đồng bộ đƣợc sử dụng khi mạch từ là nam châm vĩnh cửu. ....... 70
2.5.2. Động cơ tuyến tính đồng bộ - kích thích vĩnh cửu. ................................................... 73
2.5.3. Phần mềm điều khiển ................................................................................................ 76
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ............................................................................................................ 85
CHƢƠNG 3 ................................................................................................................................. 85
THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN ............................................................................................. 86
3.1. THỰC NGHIỆM ............................................................................................................. 86
3.2 KẾT LUẬN CHO PHẦN THỰC NGHIỆM .................................................................... 89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO. .......................................................................................................... 91

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vi

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1. 1 Sơ đồ nối chân TMS320F2812 ...................................................................................... 3
Hình 1. 2 Sơ đồ cấu trúc các chức năng của F2812 ...................................................................... 5
Hình 1. 3 Phân vùng bộ nhớ TMS320 ........................................................................................... 6
Hình 1. 4 Bản đồ ngoại vi TMS320F2812 .................................................................................. 10
Hình 1. 5 Phân vùng bộ nhớ TMS320F2812............................................................................... 11
Hình 1. 6 Các GPIO PORT TMS320F2812 ................................................................................ 12
Hình 1. 7 Cấu trúc thanh ghi GPIO TMS320F2812 .................................................................... 12
Hình 1. 8 Sơ đồ khối GPIO TMS320F2812 ................................................................................ 13
Hình 1. 9 Các thanh ghi GPIO TMS320F2812 ........................................................................... 14
Hình 1. 10 C28x clock modul...................................................................................................... 14
Hình 1. 11 Các thanh ghi điều khiển xung clock ngọai vi........................................................... 15
Hình 1. 12 Sơ đồ khối modul watchdog timer ............................................................................ 16

Hình 1. 13 Thanh ghi điều khiển watchdog timer ....................................................................... 17
Hình 1. 14 Thứ tự ghi vào thanh ghi WDKEY ........................................................................... 18
Hình 1. 15 Modul ADC trong chế độ nối tầng ............................................................................ 19
Hình 1. 16 Modul ADC trong chế độ Dual Sequencer ................................................................ 20
Hình 1. 17 Thiết lập nguồn xung 25MHZ cho modul ADC........................................................ 20
Hình 1. 18 Các thanh ghi modul ADC ........................................................................................ 21
Hình 1. 19 Byte cao thanh ghi ADC Control 1 ........................................................................... 22
Hình 1. 20 Byte thấp thanh ghi ADC Control 1 .......................................................................... 22
Hình 1. 21 Byte cao thanh ghi ADC Control 2 ........................................................................... 23
Hình 1. 22 Byte thấp thanh ghi ADC Control 2 .......................................................................... 23
Hình 1. 23 Thanh ghi ADC control Register 3 ............................................................................ 24
Hình 1. 24 Thanh ghi ADC MAXCONV .................................................................................... 24
Hình 1. 25 Thanh ghi ADC Input Channel Select Sequencing Control Register ........................ 25
Hình 1. 26 Lines Interrupt ........................................................................................................... 25
Hình 1. 27 Các nguồn reset hệ thống........................................................................................... 26
Hình 1. 28 Các nguồn ngắt .......................................................................................................... 26
Hình 1. 29 Thanh ghi cờ ngắt ...................................................................................................... 27
Hình 1. 30 Thanh ghi cho phép ngắt ........................................................................................... 27
Hình 1. 31 Mở rộng ngắt ngoại vi ............................................................................................... 28
Hình 1. 32 Bảng phân bổ ngắt ..................................................................................................... 28
Hình 1. 33 Véc tơ ngắt lúc thiết lập lại ........................................................................................ 28
Hình 1. 34 Bản đồ véc tơ PIE sau khi thiết lập lại ...................................................................... 29
Hình 1. 35 Sơ đồ khối của bộ timer ............................................................................................. 29
Hình 1. 36 Sơ đồ khối modul quản lý sự kiện ............................................................................. 31
Hình 1. 37 Sơ đồ khối bộ định thời mục đích chung ................................................................... 32
Hình 1. 38 Mơi trƣờng làm việc của CCS ................................................................................... 33
Hình 1. 39 Phƣơng thức liên kết matlab và TIC2000.................................................................. 35
Hình 1. 40 Mạch điều khiển hồn tất với các tín hiệu điều khiển đƣa đến đối tƣợng ................ 36
Hình 1. 41 Mơ hình con lắc ngƣợc trên xe .................................................................................. 37
Hình 1. 42 Mơ hình xe hai bánh cân bằng ................................................................................... 37

Hình 1. 43 Cấu trúc điều khiển số vị trí động cơ DC servo phản hồi ......................................... 37
Hình 2. 1 Hệ chuyển động thẳng gián tiếp sử dụng cơ cấu trục vít và đai truyền ....................... 40
Hình 2. 2 Hình ảnh ĐCTT thu đƣợc khi trải dài động cơ quay trịn ........................................... 41
Hình 2. 3 Cấu tạo của động cơ truyền động thẳng ...................................................................... 44
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vii
Hình 2. 4 Động cơ tuyến tính đang xét tƣơng tự nhƣ động cơ bƣớc unipolar ........................... 44
Hình 2. 5 Cấu tạo các cuộn dây động cơ bƣớc unipolar ............................................................. 44
Hình 2. 6 Cấu tạo các cuộn dây động cơ bƣớc unipolar ............................................................. 44
Hình 2. 7: Chuyển mạch của rotor ở chế đọ nửa bƣớc ............................................................... 46
Hình 2. 8 Giản đồ dạng xung ở chế độ nửa bƣớc ........................................................................ 47
Hình 2. 9: Sơ đồ mô tả chế độ bƣớc đủ một pha đƣợc cấp xung ................................................ 48
Hình 2. 10: Giản đồ dạng xung ở chế độ một pha ON ............................................................... 48
Hình 2. 11 :Ché độ bƣớc đủ hai pha đƣợc cung cấp xung........................................................... 49
Hình 2. 12: Giản đồ dạng xung ở chế độ hai pha ON ................................................................ 50
Hình 2. 13 Mơ hình động cơ tuyến tính ...................................................................................... 51
Hình 2. 14 Biểu diễn các đại lƣợng vật lý thông qua hệ trục tọa độ trong ĐCTT kiểu ĐB –
KTVC 3 pha ................................................................................................................................ 53
Hình 2. 15 Mơ hình động cơ tuyến tính ĐB - KTVC trong không gian trạng thái trên hệ toạ độ
dq ................................................................................................................................................. 55
ˆˆ
Hình 2. 16 Mơ tả vector dịng điện is trên các hệ trục toạ độ α, β, abc, dq , dq ....................... 57
Hình 2. 17 TOP2812.................................................................................................................... 60
Hình 2. 18 TOP2812 và các phụ kiện đi kèm .............................................................................. 61
Hình 2. 19: Vị trí cổng COM, jack cấp nguồn cho kit ............................................................... 61
Hình 2. 20Vị trí các thành phần trong kit TOP2812 ................................................................... 62
Hình 2. 21 Adapter chuyển đổi giao tiếp USB - JTAG ............................................................... 62

Hình 2. 22: đĩa mã hóa và nguyên lý hoạt động encoder tƣơng đối ............................................ 64
Hình 2. 23 dạng xung của các kênh đầu ra .................................................................................. 64
Hình 2. 24 Bố trí các cặp thu phát ............................................................................................... 65
Hình 2. 25 Đĩa mã hóa encoder tuyệt đối 2 rãnh ......................................................................... 66
Hình 2. 26 Đĩa mã hóa encoder tuyệt đối 8 rãnh ......................................................................... 66
Hình 2. 27 Mạch cứng sử dụng TMS320 và ULN2803 ghép nối với các cuận dây của động cơ
..................................................................................................................................................... 68
Hình 2. 28 Sơ đồ khối mạch hở ................................................................................................... 70
.................................................................................................. 70
(mạch này dùng
chung cho cả mạch hở và mạch kín) ........................................................................................... 71
Hình 2. 31 kết quả mô phỏng trong Matlab của hệ hở ................................................................ 72
,
, góc bƣớc sau q trình mơ phỏng............ 72
Hình 2. 33 .................................................................................................................................... 73
Hình 2. 34: sơ đồ khối sử dụng biến tần, vi xử lý trong điều khiển ............................................ 74
Hình 2. 35: Sơ đồ ghép nối TMS320 với biến tần....................................................................... 74
Hình 2. 36 Cấu trúc điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC 3 pha sử dụng TTHCX ...................... 74
Hình 2. 37 Mơ hình mơ phỏng điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC theo phƣơng pháp TTHCX
..................................................................................................................................................... 75
Hình 2. 38 Kết quả đáp ứng tốc độ mô phỏng theo phƣơng pháp TTHCX ................................ 76
Hình 3. 1 Adapter chuyển đổi giao tiếp USB – JTAG và Bo mạch TOP2812 ............................ 86
Hình 3. 2 ghép nối máy tính – TOP2812 và máy hiện sóng trong thí nghiệm ............................ 86
Hình 3. 3 Xung tín hiệu đƣa vào cuận dây của động cơ ở chế độ bƣớc đủ một pha đƣợc cấp
xung ............................................................................................................................................. 87
Hình 3. 4 Xung tín hiệu đƣa vào cuận dây của động cơ ở chế độ bƣớc đủ cả hai pha đƣợc cung
cấp xung....................................................................................................................................... 87
Hình 3. 5 Xung tín hiệu đƣa vào cuận dây của động cơ ở chế độ nửa bƣớc ............................... 88
Hình 3. 6 Đối tƣợng động cơ tuyến tính ĐB-KTVC ................................................................... 88
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

viii
Hình 3. 7 ghép nối đối tƣợng điều khiển với biến tần, bo mạch và máy tính ............................. 89
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng

1Các tài nguyên của TMS320F2812 [6] ......................................................................... 4
2 Bảng chọn chế độ khởi động ............................................................................................ 8
3 Bảng thống kê dấu của dòng điện tại các pha ................................................................ 47
4 Bảng thống kê dấu của dòng điện tại các pha: ............................................................... 49
5 Bảng thống kê dấu của dòng điện tại các pha ................................................................ 50
6 Thông số kỹ thuật: .......................................................................................................... 59

Những từ viết tắt
Ký hiệu và Đơn vị
chữ viết tắt
H
Lsq , Lsd

Ý nghĩa

m
us , is

Khối lƣợng của bộ phận sơ cấp (stator)
Vector điện áp, dòng stator

Kg
V,A

Điện cảm dọc trục và ngang trục của stator

Điện trở stator

Rs

isq ,i sd

A

Dòng điện trục d,q

usq , u sd

V

Điện áp trục d,q

mm
Wb

Bƣớc cực
Từ thơng cực từ

Rad/s

Vận tốc góc điện, cơ

Rad

Vị trí góc (hình học) của động cơ quay

p
e

,

m

m

N
(d,jq)

 
( d , jq )

Af
Bf
ĐCTT
ĐB-KTVC
SVM
TTHCX

Ma trận ghép phi tuyến
Hệ trục tọa độ tựa theo cực từ
Hệtrục có tốc độ chuyển động tịnh tiến giống hệ tọa độ tựa
theo cực từ (d,jq) nhƣng có thể có sự sai lệch
Ma trận hệ thống
Ma trận đầu vào
Động cơ tuyến tính
Đồngbộ- kích thích vĩnh cửu
Điều chếvectơ khơng gian
Tuyến tính hố chính xác

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

1

CHƢƠNG 1
KHÁI QUÁT PHẦN CỨNG VI XỬ LÝ TMS320 VÀ PHẦN MỀM ĐI KÈM
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA TMS320 TRONG ĐIỀU KHIỂN
1.1. TỔNG QUAN VỀ TMS320
1.1.1 CẤU TRÚC DSP TMS320F2812
1.1.1.1 Giới thiệu chung
TMS320F2812 và TMS320C2812, các thành viên của họ TMS320C28x ™ DSP,
đƣợc tích hợp cao, hiệu suất cao, là giải pháp cho các yêu cầu ứng dụng điều khiển.
Chức năng Tổng quan, kiểu đóng gói và bản đồ bộ nhớ của TMS320C2812,
TMS320F2812 và một số dòng thuộc họ C28x đƣợc trình bày trong các hình phía dƣới.
Các đặc điểm cơ bản của F2812
- Công nghệ static CMOS
+ Tần số xung chíp 150 MHz (chu

kỳ kệnh 6,67ns)

-

Bộ nhớ trên phiến (On-chip
Memory)
+ có tới 128Kx16 Flash (4 mảng

+ Tiêu thụ năng lƣợng thấp (lõi

-

8Kx16 và 6 mảng 16kx16)

1,8V, vào/ra 3,3V)
+ Điện áp lập trình Flash 3,3V
Hỗ trợ chuẩn JTAG dùng để mơ
phỏng chíp
Đơn vị xử lý trung tâm CPU 32-bit
(của họ TMS320C28x)
+ Phép nhân Mac 16x16 và 32x32

+ 1Kx16 loại OTP ROM
+ L0 và L1: 2 khối loại 4Kx16
+ Có RAM truy cập đơn (SingleAccess RAM: SARAM)
+ H0: 1 khối 8Kx16 SARAM
+ M0 và M1: 2 khối loại 1Kx16
SARAM

+ Cấu trúc Bus Harvard

+ Đáp ứng và xử lý ngắt tốc độ cao
+ Nhiều mơ hính lập trính bộ nhớ
+ Quản lý theo địa chỉ tuyến tính 4M
nhớ chƣơng trình
+ Quản lý theo địa chỉ tuyến tính 4M
nhớ dữ liệu
+ Dễ tạo mã bằng C/C++ hoặc hợp
ngữ (Assembler)
+ Mã nguồn tƣơng thích với
TMS320F24x/LF40x
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

-

-

-

Boot ROM (4Kx16)
+ Có Boot ROM Modes bằng
Software
+ Standard Math Tables
Giao diện ngồi (F2812)
+ Tối đa 1M bộ nhớ
Kiểm sốt xung đồng hồ và hệ thống
+ Hỗ trợ thay đổi động hệ số PLL
+ Oscillator trên phiến
+ Module đồng hồ Watchdog
3 ngắt ngoài
/>

2

-

Khối hỗ trợ mở rộng (peripheral

-

Interrupt Expansion: PIE) tới 45 ngắt

Khóa mã an tồn 128-bit
+ bảo vệ Flash/OTP và L0/L1

ngoại vi

-

-

+ Xen kênh 2x8 đầu vào
+ 2 bộ trích mẫu – giữ chậm
(Sample-and-hold)

Ngoại vi điều khiển máy điện
+ 2 bộ Event Managers (EVA, EVB)

+ Chế độ trích mẫu đơn lẻ, trích mẫu
liên
tục

(Single/Simultaneos

+ Đủ cho tới 240 ngoại vi
Ngoại vi tuần tự

Conversions)
+ Tần suất

+ Giao diện ngoại vi tuần tự (Serial

-

SARAM
+ Chống kỹ thuật phá Firmware
3 đồng hồ CPU 32-bit

80ns/12,5MSPS

Peripheral Interface: SPI)
+ 2 giao diện truyền thông tuần tự
(Serial Communications Interface:
SCIs), Standard UART
+ Hỗ trợ truyền thông eCAN

-

(Enhanced controller Area Netword)
+ Multichannel Buffered Serial Port
(McBSP) With SPI Mode
16 kênh ADC 12 bit

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

-

trích

mẫu

lớn:

Có tới 56 chân vào/ra xen kênh khả
trình (Multiplexed Gênral)
Các đặc tính phỏng Chip nâng cao
(Advanced Emulation Featuares)
+ Chức năng phân tích và đặc điểm
dừng (Breakpoint)
+ gỡ rối thời gian thực bằng
Hardware (Real-Time Debug via
Hardware)

/>

3

Hình 1. 1 Sơ đồ nối chân TMS320F2812
Chức năng các chân đƣợc trình bày chi tiết trong data manual tức là trong tài liệu tham
khảo số [6] từ trang 17 đến trang 25.
Chi tiết về một số chức năng cơ bản của F2812 đƣợc trình bày trong các phần tiếp theo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

4

Bảng 1Các tài nguyên của TMS320F2812

[6]

MS320F2812 có 2 kiểu đóng gói là kiểu GHH (179 chân ) và ZHH ( 176 chân)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

5

Sơ đồ cấu trúc các chức năng của F2812 [6]

Hình 1. 2 Sơ đồ cấu trúc các chức năng của F2812
Vùng đƣợc bảo mật bởi modul code – security

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

6

Phân vùng bộ nhớ

Hình 1. 3 Phân vùng bộ nhớ TMS320

Chức năng các chân đƣợc trình bày chi tiết trong data manual tức là trong tài liệu
tham khảo số [6] từ trang 30 đến trang 31.
1.1.1.2. Giới thiệu tóm tắt mô tả
C28x ™ DSP thế hệ là thành viên mới nhất của nền tảng TMS320C2000 ™ DSP.
C28x là một công cụ rất hiệu quả của C/C + +, cho phép ngƣời dùng để phát triển không
chỉ của hệ thống kiểm sốt mềm bằng một ngơn ngữ cấp cao, cũng cho phép thực hiện
thuật toán đƣợc phát triển bằng cách sử dụng C/C++.
1. Memory Bus ( Hardvard Bus Architecture ) [6]
Cũng nhƣ những chip DSP khác, nhiều bus đƣợc dùng để di chuyển dữ liệu giữa
những vùng dữ liệu và thiết bị ngoại vi của CPU. Kiến trúc bộ nhớ của C28x chứa
những bus đọc chƣơng trình, bus đọc/ghi dữ liệu. Bus đọc chƣơng trình có 22 lines địa
chỉ và 32 lines dữ liệu. 32 lines dữ liệu cho phép truy cập 32 bit chức năng trong 1 chu
kì máy. Kiến trúc nhiều bus, còn gọi là Harvard Bus, cho phép C28x lấy lệnh, đọc và
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

7

ghi dữ liệu trong vịng 1 chu kì máy. Tất cả những ngoại vi và bộ nhớ đƣợc gắn vào bus
bộ nhớ sẽ ƣu tiên cho việc truy suất bộ nhớ. Ƣu tiên của bus bộ nhớ truy cập có thể đƣợc
tóm tắt nhƣ sau:
- Cao nhất:
+ Dữ liệu ghi (ghi dữ liệu và chƣơng trình đồng thời khơng thể xảy ra trên bus bộ nhớ.)
+ Chƣơng trình viết (đồng thời ghi dữ liệu và chƣơng trình khơng thể xảy ra trên bus bộ
nhớ.)
+ Dữ liệu lần đọc

+ Chƣơng trình lần đọc (đồng thời chƣơng trình đọc và tải khơng thể xảy ra trên bus bộ
nhớ)
- Thấp nhất: Tải không (đồng thời chƣơng trình đọc và tải thể xảy ra trên bus bộ nhớ)
2. Peripheral Bus [6]
Để cho phép di chuyển thiết bị ngoại vi giữa họ Texas Instruments (TI ™) DSP
khác nhau của thiết bị, F281x và C281x áp dụng một tiêu chuẩn bus ngoại vi cho kết nối
tín hiệu ngoại vi.
Hai phiên bản của bus ngoại vi đƣợc hỗ trợ trên F281x và C281x. Một phiên bản
chỉ hỗ trợ truy cập 16-bit (đƣợc gọi là thiết bị ngoại vi khung 2) và điều này vẫn giữ tính
tƣơng thích với thiết bị ngoại vi tƣơng thích C240x. Phiên bản khác hỗ trợ cả hai đƣờng
dẫn truy cập 16 và 32 bit (đƣợc gọi là thiết bị ngoại vi khung 1)
3. Real – Time JTAG và Analysis [6]
Họ F281x và C281x đƣợc tích hợp chuẩn JTAG IEEE 1149.1. Hơn nữa, họ
F281x và C281x hỗ trợ real – time chức năng modified bộ nhớ, ngoại vi và vị trí thanh
ghi bất cứ khi nào nhân xử lý đang chạy. F281x và C281x tích hợp khả năng real – time
trong phần cứng của CPU, đây là khả năng đặc biệt của dòng F281x và C281x, software
monitor khơng cịn đƣợc địi hỏi nữa.
4. External Interface. (dao diện bên ngoài) [6]
Giao tiếp bất đồng bộ chứa 19 lines address, 16 lines dữ liệu và 3 chip select lines.
Chip select lines đƣợc mã hóa thành 5 vùng bên ngoài, là Zones 0, 1, 2, 6 và 7.
Mỗi Zone này có thể lập trình với những wait states, strobe signal setup và hold timing
khác nhau.
5. Flash. [6]
F2812 chứa 128K x 16 bộ nhớ Flash. Đƣợc chia thành bốn 8K x 16 sectors và 6
16K x 16 sector. Hoạt động của flahs có thể đƣợc cải thiện bằng cách cho phép chức
năng flash pipeline trong các thanh ghi điều khiển Flash.
6. Các khối nhớ M0, M1 SARAMs và L0, L1, H0 SARAMs [6]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

8

Mọi chip thuộc dịng C28x đều có 2 khối nhớ truy cập đơn với kích cỡ 1Kx16
mỗi khối. Con trỏ ngăn xếp sẽ trỏ vào M1 sau khi reset. Khối M0 trùng (overlap) địa chỉ
với các khối Ram B0, B1, B2 của dịng 240x vàm do đó khi tổ chức cất dức liệu 240x
xần phải lƣu ý. Hai khối M0 và M1 cũng có khối nhớ khác của dịng C24x. Đều đƣơcim
tổ chức ở cả 2 không gian nhớ chƣơng trình và số liệu.
Dịng C24x có tổ chức bộ nhớ thống nhất trong tồn bộ dịng. Điều này sẽ làm
đơn giản them cơng tác lập trình bằng ngơn ngữ bậc cao. Mỗi vùng này chứa 1K x 16 bộ
nhớ RAM, có thể dùng để chứa chƣơng trình hay dữ liệu 6. L0, L1, H0 SARAMs.
F2812 chứa 16K x 16 single-access RAM, đƣợc chia thành 3 vùng là L0, L1, H0.
Mỗi vùng này có thể dùng để chứa dữ liệu và chƣơng trình.
7. Boot ROM. [6]
Vùng Boot ROM chứa boot-loading, đƣợc thực thi sau khi CPU đƣợc reset. Nó
sẽ kiểm tra một số GPIO để quyết định chế độ nào để bắt đầu chƣơng trình.
Bảng 2 Bảng chọn chế độ khởi động

8. Bảo mật (Security) [6]
F281x và C281x hỗ trợ các mức độ cao về an ninh. An ninh có một mật khẩu
128-bit. Các tính năng an ninh ngăn chặn ngƣời dùng không đƣợc phép kiểm tra nội
dung bộ nhớ thông qua cổng JTAG, thực thi mã từ bên ngoài bộ nhớ hoặc cố gắng để
khởi động - tải một số phần mềm không mong muốn.
9. Thiết bị ngoại vi ngắt khối mở rộng (PIE) [6]
Khối PIE phục vụ xen kênh nhiều nguồn ngắt khác nhau và quy chúng về thành
một tập nhỏ cấc đầu ngắt. Khối PIE có thể hỗ trợ 96 ngắt ngoại vi. Trên chíp F2812:
+ Ngoại vi sử dụng tất cả 45 trong tổng 96 ngắt.
+ 96 ngắt đƣợc phân thành các nhóm, mỗi nhóm là 8 ngắt đƣợc gán cho 1 trong
số 12 dãy ngắt cảu CPU (INT1 tới INT12)
+ Khi phục vụ ngắt, CPU sẽ tự động đọc vector ngắt, Thao tác đọc đó cần 9 nhịp

xung đồng hồ của CPU và sẽ cất nội dung của các thanh ghi quan trọng. Nhờ vậy, CPU
có thể phản ứng nhanh với các sự kiện ngắt. Việc phân cấp ƣu tiên của ngắt sẽ cho

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

9

hardware và software điều khiển. Từng ngắt riêng rẽ có thể bị cấm, hay cho phéo trong
khối PIE
10. External Interrupts (ngắt ngoài) (XINT1, XINT2, XINT13, XNMI) [6]
F281x và C281x hỗ trợ ba mặt nạ bên ngắt ngồi có thể che chắn đƣợc là XINT1,
XINT2, XINT13. Mỗi ngắt đều có thể đƣợc chọn bởi sƣờn âm hoặc sƣờng dƣơng của
tín hiệu ngắt vafnhue vậy có thể cấm hoặc cho phép kích hoạt.
11. Mạch dao động (Oscillator) và PLL. [6]
F2812 đƣợc cung cấp xung nhịp bằng bộ dao động ngoài hay bằng thạch anh gắn
vào chip. Một bộ PLL cung cấp đến 10 mức điều chỉnh với dao động này. Tỉ số PLL có
thể đƣợc thay đổi ngay cả khi chƣơng trình đang chạy, cho phép chƣơng trình hạ thấp
tần số hoạt động xuống, trong trƣờng hợp cần hoạt động ở chế độ tiết kiệm năng lƣợng.
12. bộ giám sát (watchdog) [6]
F281x và C281x hỗ trợ một bộ đếm thời gian bộ giám sát. Ngƣời dùng thƣờng
xuyên phải đặt lại số lƣợt truy cập bộ giám sát trong một khung thời gian nhất định; Nếu
không, bộ phận giám sát sẽ tạo ra một thiết lập lại để bộ vi xử lý. Bộ giám sát có thể bị
vơ hiệu nếu cần thiết.
13. Peripheral Frames 0, 1, 2 (PFn) [6]
F281x và C281x phận chia thiết bị ngoại vi thành ba phần. PF0, PF1 và PF2
14. Bộ xen kênh vào/ra đa năng [6]
Hầu hết các tín hiệu ngoại vi đƣợc tích hợp với general purpose I/O. Có những
thanh ghi cho phép chọn một chân là GPIO hay là chân của tín hiệu ngoại vi.

15. 32 bit CPU – timer (0, 1, 2) [6]
Timer 0 cho những mục đích chung.
Cịn Timer 1,2 để dành riêng cho DSP/BIOS Real – Time OS
16. Kiểm soát thiết bị ngoại vi [6]
F281x và C281x hỗ trợ các thiết bị ngoại vi đƣợc sử dụng cho điều khiển nhúng
và thông tin liên lạc EV và ADC (tài liệu tham tham khảo 6):
17. Ngoại vi nối tiếp [6]
F2812 hỗ trợ khá nhiều giao tiếp với ngoại vi, với mục đích tƣơng thích với các MCU
hiện thời:
– eCAN: hỗ trợ 32 mailboxes, time stamping của các message, tƣơng thích với CAN
3.0B
– McBSP: the Multichannel buffer serial port giao tiếp với E1/T1 lines, phone – quality
codecs cho modem applications hoặc high – qualities stereo audio DAC devices.
– SPI: thƣờng để giao tiếp DSP với ngoại vi ngoài hoặc các processor khác.
– SCI: tƣơng đƣơng với UART
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

10

18. On- chip ADC. [6]
F2712 ADC module có 16 kênh, có thể cấu hình để hoạt động nhƣ 2 module 8
kênh hoạt động tự do, phục vụ các sự kiện A và B. Hai module 8 kênh này cũng có thể
đƣợc mắc cascade để tạo thanh 1 module 16 kênh.
1.1.2. Cổng vào ra số ( Digital I/O )
a) Giới thiệu
DSP C28x ngồi khả năng xử lý mạnh mẽ nó cịn có tất cả các thiết bị ngoại vi
cần thiết để xây dựng một hệ thống điều khiển (SOC – “system on chip”). Các thiết
bị ngoại vi tích hợp trên dịng C28x có một ƣu thế quan trọng so với các VXL khác. Một

ngoại vi đơn giản nhất là Digital I/O.
b) Bản đồ bộ nhớ dữ liệu ngoại vi
Tất cả các thiết bị ngoại vi của C28x có bản đồ bộ nhớ ở vùng bộ nhớ dữ liệu
theo kiến trúc Harrvard. Điều này có nghĩa là chúng ta điều khiển các ngoại vi bằng việc
truy cập vào địa chỉ bộ nhớ dữ liệu chuyên dụng [6].

Hình 1. 4 Bản đồ ngoại vi TMS320F2812
c) Khung ngoại vi
Tất cả các thanh ghi ngoại vi đƣợc nhóm lại với nhau thành một nhóm gọi là
“khung ngoại vi” – PF0,PF1 và PF2. Các khung ngoại vi này nằm trong bản đồ bộ nhớ
dữ liệu. Khung ngoại vi PF0 bao gồm các thanh ghi để điều khiển tốc độ của bộ nhớ
flash bên trong ngƣời lập trình có thể truy cập một lần trên mỗi chu kỳ xung clock. Flash
là bộ nhớ tĩnh sử dụng thƣờng xuyên cho việc lƣu trữ code và dữ liệu ban đầu. Khung
ngoại vi PF1 chứa hầu hết các thanh ghi điều khiển thiết bị ngoại vi, ngƣợc lại khung
ngoại vi PF2 chỉ dành riêng cho khối thanh ghi CAN ( control Area Network).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

11

Một số vùng bộ nhớ có mật khẩu bảo vệ bởi modul bảo mật (code
security module). Mật khẩu bảo vệ đƣợc lập trình, bất kỳ sự truy cập nào vào khu vực
bảo mật thì chỉ đƣợc chấp nhận khi nhập một mật khẩu chính xác vào khu vực đặc biệt
của PF0.

Hình 1. 5 Phân vùng bộ nhớ TMS320F2812
d) Cổng vào ra số Digital I/O
Tất cả Digital I/O đều đƣợc nhóm lại thành các PORT gọi là GPIO –
A,B,D,E,F và G. Ở đây GPIO có nghĩa là “General purpose input output”. C28x

đƣợc trang bị rất nhiều thiết bị bên trong, tuy nhiên khơng phải tất cả các tính năng có
thể kết nối với các chân chuyên dùng của thiết bị cùng lúc. Giải pháp cho việc này
là sử dụng bộ dồn kênh ( Mutiplex – MUX). Có nghĩa là một chân có thể sử dụng cho 2
hoặc 3 chứa năng khác nhau và nó đƣợc lựa chọn bởi ngƣời lập trình.
Thuật ngữ “Input Qualitification feature” đề cập đến một chức năng đƣợc
thêm vào cho đầu vào Digital ở các PORT A,B,D, và E. Khi các tính năng này đƣợc sử
dụng một xung đầu vào phải đƣợc dài hơn giá trị danh định của chu kỳ xung clock để
đƣợc công nhận là đầu vào hợp lệ.
Tất cả 6 GPIO – PORT đƣợc điều khiển bởi thanh ghi dồn kênh
(Mutiplex) của chúng là thanh ghi GPxMUX (ở đó x là ký hiệu từ A đến F). Xóa bit về
“0” có nghĩa là chọn chức năng I/O ,đặt bit lên “1” có nghĩa là lựa chọn chứa năng riêng
Khi đầu vào ra Digital I/O đƣợc lựa chọn. Sau đó nhóm thanh ghi GPxDIR định
nghĩa chiều của I/O. Xóa bit về 0 để thiết lập nhƣ là đầu vào, đặt bit lên 1 để xác định
là đầu ra. Một số cổng đầu vào đƣợc trang bị cùng với một “Input qualification
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

12

feature”. Dùng lựa chọn này chúng ta có thể định nghĩa một khoảng thời gian để
loại trừ Spike (gai) hay là các xung ngắn từ khi đang đƣợc công nhận là đầu vào hợp lệ.

Hình 1. 6 Các GPIO PORT TMS320F2812

Hình 1. 7 Cấu trúc thanh ghi GPIO TMS320F2812

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

13

Hình 1. 8 Sơ đồ khối GPIO TMS320F2812
e) Các thanh ghi digital I/O của C28x

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

14

Hình 1. 9 Các thanh ghi GPIO TMS320F2812
f) C28x clock modul
Trƣớc khi sử dụng các đầu vào ra, cần cài đặt C28x clock modul giống nhƣ các vi
xử lý hiện đại khác. Nguồn xung cho C28x đƣợc cung cấp từ một bộ dao động bên
ngoài tần số thấp để giảm ảnh hƣởng của nhiễu điện từ. Một mạch PLL tạo ra tốc độ
phía trong. Kit EZDSP sử dụng tần số ngoài là 30 MHZ để đạt đƣợc tần số nội là
150MHZ chúng ta có 10 hệ số nhân và chia cho 2. Điều này có thể đƣợc thực hiện bằng
việc lập trình thanh ghi điều khiển PLL ( PLLCR – PLL control register ).
High-Speed clock pre-scaler ( HISPCP ) và LOW-speed clock pre-scaler
(LOSPCP) đƣợc sử dụng nhƣ các bộ chia tần số. Đầu ra của 2 pre-scaler đƣợc sử dụng
làm nguồn xung clock cho các thiết bị ngoại vi. Ngƣời lập trình có thể cài đặt 2 Prescaler riêng rẽ nếu cần thiết.

Hình 1. 10 C28x clock modul
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

15

Chú ý : Tín hiệu “CLKIN” có cùng tần số với “SYSCLOUT” đƣợc sử dụng cho
giao diện bộ nhớ bên ngoài và cho giao tiếp CAN. Cũng nhƣ vậy tần số dao động của bộ
Watchdog đƣợc cấp trực tiếp từ bộ dao động bên ngoài. Tần số cao nhất cho bộ dao
động bên ngoài là 35MHZ.
Để sử dụng một ngoại vi ta cho phép phân phối các xung clock bằng các bit
riêng rẽ của thanh ghi PCLKCR. Đầu vào ra Digital I/O khơng có xung clock kích hoạt.

Hình 1. 11 Các thanh ghi điều khiển xung clock ngọai vi
g) Watchdog timer
Một bộ “Watchdog timer” đƣợc đếm tự do và có thể tạo ra một tín hiệu reset nếu
khơng đƣợc xóa định kỳ bởi chƣơng trình. Nó đƣợc sử dụng để phát hiện ra các sự
kiện ở chỗ mà chƣơng trình đang thực thi, lấy ví dụ nhƣ hiện tƣợng treo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

16

Watchdog thì thƣờng xuyên đƣợc cấp điện khi DSP đƣợc cấp nguồn. Khi chúng
ta không quan tâm đến watchdog định kỳ nó sẽ kích hoạt một tín hiệu reset. Một
trong những phƣơng pháp đơn giản nhất để đối phó với các wachdog là vơ hiệu hóa nó,
việc này đƣợc thực hiện bằng cách cài đặt bit 6 (WDFLAG) đặt lên “1”. Tất nhiên đây
không phải là một quyết định khôn ngoan bởi vì một wachdog là một tính năng bảo mật
và một dự án thực tế thì bao gồm càng nhiều bảo mật càng tốt.

Hình 1. 12 Sơ đồ khối modul watchdog timer
Các pre-scaler watchdog có thể đƣợc sử dụng để tăng chu kỳ tràn của
Watchdog. Bit kiểm tra logic (WDCHK) là một vùng bit bảo mật khác. Mọi sự truy cập

ghi vào thanh ghi WDCR phải bao gồm sự kết hợp bit “101” cho 3 vùng, nếu không truy
cập sẽ bị từ chối và tín hiệu reset đƣợc kích hoạt ngay lập tức. Bit cờ Watchdog
(WDFLAG) có thể đƣợc sử dụng để phân biệt giữa một reset thông thƣờng (WDFLAG
= 0) và một reset từ Watchdog ( WDFLAG=1).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

17

Hình 1. 13 Thanh ghi điều khiển watchdog timer
Chú ý: Nếu vì lý do nào đó bộ dao động bên ngồi khơng hoạt động, Watchdog
khơng đếm tăng lên.
Vậy làm thế nào để xóa Watch dog? Bằng việc ghi “Valid key” theo thứ tự vào
thanh ghi WDKEY.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>