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
TRƯỜNG 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

/>

22

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 - Trường Đại học Kỹ Thuật Công
Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại
học Thái Nguyên.
Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hướng của giáo

viên hướng dẫn, không sao chép của người khác.
Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn.
Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả luận văn

Trần Thị Hải Yến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

33

LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết cua đề tài.
Chúng ta đang sống trong một kỷ nguyên hiện đại và đang được thừa hưởng những
thành quả tiến bộ nhất của khoa học kỹ thuật. Cùng với sự phát triển của các nghành
khoa học kỹ thuật khác như điện tử, tin học, công nghệ điện tử viễn thông, tự động hóa
các dây truyền sản xuát 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 không chỉ hiện đại và đa dạng mà còn có nhiều phương án tối ưu nhằm tiết kiệm
chi phí và nâng cao hiệu quả trong sản xuất.
Là một giáo viên của khoa Điện - Trường 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 Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học
Thái Nguyên.
Trên cơ sở thiết bị hiện có của trường và nội dung chương 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 Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái
Nguyên.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Vi xử lý TMS320
- Động cơ tuyến tính
4. Ý nghĩ khoa học và thực tiễn của đề tài
Nâng cao được chất lượng đào tạo nghề của nhà trường
Đáp ứng được yêu cầu của thực tế sản xuất do hiện nay trong thực tế đang sử dụng
rộng rãi hệ thông này trong các thiết bị đòi hỏi chất lượng điều khiển.
5. Kết cấu của luận văn của luận văn
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

44

Chương 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 tượng như

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

55

động cơ (động cơ điện 1 chiều, xoay chiều, servo...), thiết bị điều khiển quá
trình...
Chương 2: Ứng dụng vi xử lý TMS320 vào việc thiết kế bộ điều khiển cho một
đối tượng cụ thể (có thể là động cơ điện 1 chiều, xoay chiều, động cơ servo, thiết
bị điều khiển quá trình), hiện có tại trung tâm thí nghiệm trường ĐHKTCN Thái
Nguyên. Tiến hành mô phỏng.
Chương 3: Kết luận và thực nghiệm.
Kết luận và kiến nghị
Để hoàn thành được luận văn, ngoài sự cố gắng của bản thân, tác giả đã nhận được
sự hướng dẫn tận tình của cán bộ hướng dẫn TS Cao Xuân Tuyển và sự giúp đỡ của
trường 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 hướng dẫn và tập thể thầy cô giáo của Khoa
Điện và khoa Sau đại học - trường Đại học Kỹ thuật công đã giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn và chương trình học tập.
Thái Nguyên, ngày

tháng năm 2014

Tác giả luận văn

Trần Thị Hải Yến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

66

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................................. iii
MỤC LỤC .....................................................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU ..................................................................................vi
CHƯƠNG 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 tương 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 TRƯỜNG 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 trường 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 CHƯƠNG 1: ...........................................................................................................38
CHƯƠNG 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 tượng điều khiển................................................................................... 40
2.2.1 Đặc điểm của một hệ chuyển động thẳng. ..................................................................40
2.2.2 Khái quát về các phương pháp điều khiển động cơ tuyến tính..................................41
2.3. Mô hình hóa ĐCTT ......................................................................................................... 43
2.3.1 Nguyên lý cấu tạo và làm việc của động cơ tuyến tính ..............................................43
2.3.2. Mô hình toán học động cơ tuyến tính tương tự như động cơ bước unipolar.............50
2.3.3. Mô 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 được 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 CHƯƠNG 2 ............................................................................................................85
CHƯƠNG 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

/>

77

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 Môi trường làm việc của CCS ...................................................................................33
Hình 1. 39 Phương thức liên kết matlab và TIC2000..................................................................35
Hình 1. 40 Mạch điều khiển hoàn tất với các tín hiệu điều khiển đưa đến đối tượng ................36
Hình 1. 41 Mô hình con lắc ngược trên xe ..................................................................................37
Hình 1. 42 Mô 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

88

Hình 2. 2 Hình ảnh ĐCTT thu được khi trải dài động cơ quay tròn ...........................................41
Hình 2. 3 Cấu tạo của động cơ truyền động thẳng ......................................................................44

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

99

Hình 2. 4 Động cơ tuyến tính đang xét tương tự như động cơ bước unipolar ........................... 44
Hình 2. 5 Cấu tạo các cuộn dây động cơ bước unipolar ............................................................. 44
Hình 2. 6 Cấu tạo các cuộn dây động cơ bước unipolar ............................................................. 44
Hình 2. 7: Chuyển mạch của rotor ở chế đọ nửa bước ............................................................... 46
Hình 2. 8 Giản đồ dạng xung ở chế độ nửa bước ........................................................................47
Hình 2. 9: Sơ đồ mô tả chế độ bước đủ một pha được cấp xung ................................................48
Hình 2. 10: Giản đồ dạng xung ở chế độ một pha ON ............................................................... 48
Hình 2. 11 :Ché độ bước đủ hai pha được cung cấp xung...........................................................49

Hình 2. 12: Giản đồ dạng xung ở chế độ hai pha ON ................................................................ 50
Hình 2. 13 Mô hình động cơ tuyến tính ......................................................................................51
Hình 2. 14 Biểu diễn các đại lượng vật lý thông qua hệ trục tọa độ trong ĐCTT kiểu ĐB –
KTVC 3 pha ................................................................................................................................ 53
Hình 2. 15 Mô hình động cơ tuyến tính ĐB - KTVC trong không gian trạng thái trên hệ toạ độ
dq .................................................................................................................................................55
Hình 2. 16 Mô tả vector dòng điện
trên các hệ trục toạ độ α, β, abc, dˆqˆ , dq
is
.......................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 tương 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 bước sau quá trình mô 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 Mô hình mô phỏng điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC theo phương pháp TTHCX
.....................................................................................................................................................75
Hình 2. 38 Kết quả đáp ứng tốc độ mô phỏng theo phương 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 đưa vào cuận dây của động cơ ở chế độ bước đủ một pha được cấp
xung .............................................................................................................................................87
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

10
10

Hình 3. 4 Xung tín hiệu đưa vào cuận dây của động cơ ở chế độ bước đủ cả hai pha được cung
cấp xung.......................................................................................................................................87
Hình 3. 5 Xung tín hiệu đưa vào cuận dây của động cơ ở chế độ nửa bước ............................... 88
Hình 3. 6 Đối tượng động cơ tuyến tính ĐB-KTVC ...................................................................88

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

viii
Hình 3. 7 ghép nối đối tượng 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
Lsq , Lsd
H

Ý nghĩa

m
u s , is

Khối lượng của bộ phận sơ cấp (stator)

Kg
V,A

Rs

Điện cảm dọc trục và ngang trục của stator
Vector điện áp, dòng stator
Điện trở stator

isq ,i sd

A

Dòng điện trục d,q

usq ,u sd

V

Điện áp trục d,q

mm
Wb

Bước cực
Từ thông 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 )

A

f

B

f

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) nhưng 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 không gian
Tuyến tính hoá chính xác

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/> />

1

CHƯƠNG 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,
được 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 được trình bày trong các hình phía dưới.
Các đặc điểm cơ bản của F2812
- Công nghệ static CMOS
TMS320F24x/LF40x
+ Tần số xung chíp 150 MHz (chu
kỳ kệnh 6,67ns)

-

+ Tiêu thụ năng lượng thấp (lõi
1,8V, vào/ra 3,3V)
+ Điện áp lập trình Flash 3,3V
Hỗ trợ chuẩn JTAG dùng để mô
phỏng chíp
Đơn vị xử lý trung tâm CPU 32-bit
(của họ TMS320C28x)
+ Phép nhân Mac 16x16 và 32x32
+ Cấu trúc Bus Harvard
+ Đáp ứng và xử lý ngắt tốc độ cao
+ Nhiều mô hính lập trính bộ nhớ
+ Quản lý theo địa chỉ tuyến tính 4M
nhớ chương trình
+ Quản lý theo địa chỉ tuyến tính 4M
nhớ dữ liệu
+ Dễ tạo mã bằng C/C++ hoặc hợp
ngữ (Assembler)
+ Mã nguồn tương thích với


2

-

-

-

-

Bộ nhớ trên phiến (On-chip
Memory)
+ có tới 128Kx16 Flash (4 mảng
8Kx16 và 6 mảng 16kx16)
+ 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
Boot ROM (4Kx16)
+ Có Boot ROM Modes bằng
Software
+ Standard Math Tables
Giao diện ngoài (F2812)
+ Tối đa 1M bộ nhớ
Kiểm soát xung đồng hồ và hệ thống
+ Hỗ trợ thay đổi động hệ số PLL
+ Oscillator trên phiến
+ Module đồng hồ Watchdog
3 ngắt ngoài


-

-

-

-

Khối hỗ trợ mở rộng (peripheral
Interrupt Expansion: PIE) tới 45 ngắt
ngoại vi
SARAM
+ Chống kỹ thuật phá Firmware
3 đồng hồ CPU 32-bit
Ngoại vi điều khiển máy điện
+ 2 bộ Event Managers (EVA, EVB)
+ Đủ cho tới 240 ngoại vi
Ngoại vi tuần tự
+ Giao diện ngoại vi tuần tự (Serial
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

-

-

Khóa mã an toàn 128-bit

+ bảo vệ Flash/OTP và L0/L1
+ Xen kênh 2x8 đầu vào
+ 2 bộ trích mẫu – giữ chậm
(Sample-and-hold)
+ Chế độ trích mẫu đơn lẻ, trích mẫu
liên
tục
(Single/Simultaneos
Conversions)
+ Tần suất trích mẫu lớn:
80ns/12,5MSPS
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)


Hình 1. 1 Sơ đồ nối chân TMS320F2812
Chức năng các chân được 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 được trình bày trong các phần tiếp theo


Bảng 1Các tài nguyên của TMS320F2812

[6]

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


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

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Phân vùng bộ nhớ

Hình 1. 3 Phân vùng bộ nhớ TMS320

Chức năng các chân được 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 người dùng để phát triển không
chỉ của hệ thống kiểm soát mềm bằng một ngôn ngữ cấp cao, cũng cho phép thực hiện
thuật toán được phát triển bằng cách sử dụng C/C++.
1. Memory Bus ( Hardvard Bus Architecture ) [6]
Cũng như những chip DSP khác, nhiều bus được 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 chương trình, bus đọc/ghi dữ liệu. Bus đọc chương trình có 22 lines địa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

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

/>

ghi dữ liệu trong vòng 1 chu kì máy. Tất cả những ngoại vi và bộ nhớ được gắn vào bus
bộ nhớ sẽ ưu tiên cho việc truy suất bộ nhớ. Ưu tiên của bus bộ nhớ truy cập có thể được
tóm tắt như sau:
- Cao nhất:
+ Dữ liệu ghi (ghi dữ liệu và chương trình đồng thời không thể xảy ra trên bus bộ nhớ.)
+ Chương trình viết (đồng thời ghi dữ liệu và chương trình không thể xảy ra trên bus bộ
nhớ.)
+ Dữ liệu lần đọc
+ Chương trình lần đọc (đồng thời chương trình đọc và tải không thể xảy ra trên bus bộ
nhớ)
- Thấp nhất: Tải không (đồng thời chương 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 được hỗ trợ trên F281x và C281x. Một phiên bản
chỉ hỗ trợ truy cập 16-bit (được gọi là thiết bị ngoại vi khung 2) và điều này vẫn giữ tính
tương thích với thiết bị ngoại vi tương thích C240x. Phiên bản khác hỗ trợ cả hai đường
dẫn truy cập 16 và 32 bit (được gọi là thiết bị ngoại vi khung 1)

3. Real – Time JTAG và Analysis [6]
Họ F281x và C281x được 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 không còn được đòi 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 được 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. Được chia thành bốn 8K x 16 sectors và 6
16K x 16 sector. Hoạt động của flahs có thể được 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

/>

Mọi chip thuộc dòng 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 dòng 240x vàm do đó khi tổ chức cất dức liệu 240x
xần phải lưu ý. Hai khối M0 và M1 cũng có khối nhớ khác của dòng C24x. Đều đươcim
tổ chức ở cả 2 không gian nhớ chương trình và số liệu.
Dòng C24x có tổ chức bộ nhớ thống nhất trong toàn bộ dòng. Điều này sẽ làm
đơn giản them công tác lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao. Mỗi vùng này chứa 1K x 16 bộ
nhớ RAM, có thể dùng để chứa chương trình hay dữ liệu 6. L0, L1, H0 SARAMs.
F2812 chứa 16K x 16 single-access RAM, được chia thành 3 vùng là L0, L1, H0.
Mỗi vùng này có thể dùng để chứa dữ liệu và chương trình.

7. Boot ROM. [6]
Vùng Boot ROM chứa boot-loading, được thực thi sau khi CPU được reset. Nó
sẽ kiểm tra một số GPIO để quyết định chế độ nào để bắt đầu chương 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 người dùng không được 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 được phân thành các nhóm, mỗi nhóm là 8 ngắt được 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 ưu tiên của ngắt sẽ cho

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

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 ngoài có thể che chắn được là XINT1,
XINT2, XINT13. Mỗi ngắt đều có thể được chọn bởi sườn âm hoặc sường dương của
tín hiệu ngắt vafnhue vậy có thể cấm hoặc cho phép kích hoạt.

11. Mạch dao động (Oscillator) và PLL. [6]
F2812 được 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 được thay đổi ngay cả khi chương trình đang chạy, cho phép chương trình hạ thấp
tần số hoạt động xuống, trong trường hợp cần hoạt động ở chế độ tiết kiệm năng lượng.
12. bộ giám sát (watchdog) [6]
F281x và C281x hỗ trợ một bộ đếm thời gian bộ giám sát. Người dùng thường
xuyên phải đặt lại số lượt 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
vô 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 được 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.
Còn 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 được 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 tương thích với các MCU
hiện thời:
– eCAN: hỗ trợ 32 mailboxes, time stamping của các message, tương 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: thường để giao tiếp DSP với ngoại vi ngoài hoặc các processor khác.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

– SCI: tương đương với UART

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

18. On- chip ADC. [6]
F2712 ADC module có 16 kênh, có thể cấu hình để hoạt động như 2 module 8
kênh hoạt động tự do, phục vụ các sự kiện A và B. Hai module 8 kênh này cũng có thể
được mắc cascade để tạo thanh 1 module 16 kênh.
1.1.2. Cổng vào ra số ( Digital I/O )
a) Giới thiệu
DSP C28x ngoài khả năng xử lý mạnh mẽ nó còn 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 dòng C28x có một ưu 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 được 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 người lập trình có thể truy cập một lần trên mỗi chu kỳ xung clock. Flash

là bộ nhớ tĩnh sử dụng thường xuyên cho việc lưu trữ code và dữ liệu ban đầu. Khung
ngoại vi PF1 chứa hầu hết các thanh ghi điều khiển thiết bị ngoại vi, ngược lại khung
ngoại vi PF2 chỉ dành riêng cho khối thanh ghi CAN ( control Area Network).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Một số vùng bộ nhớ có mật khẩu bảo vệ bởi modul bảo mật (code
security module). Mật khẩu bảo vệ được lập trình, bất kỳ sự truy cập nào vào khu vực
bảo mật thì chỉ được 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 được 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
được trang bị rất nhiều thiết bị bên trong, tuy nhiên không 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 được lựa chọn bởi người lập trình.
Thuật ngữ “Input Qualitification feature” đề cập đến một chức năng được
thêm vào cho đầu vào Digital ở các PORT A,B,D, và E. Khi các tính năng này được sử
dụng một xung đầu vào phải được dài hơn giá trị danh định của chu kỳ xung clock để
được công nhận là đầu vào hợp lệ.
Tất cả 6 GPIO – PORT được 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 được lựa chọn. Sau đó nhóm thanh ghi GPxDIR định
nghĩa chiều của I/O. Xóa bit về 0 để thiết lập như là đầu vào, đặt bit lên 1 để xác định
là đầu ra. Một số cổng đầu vào được trang bị cùng với một “Input qualification