CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU CARD DSP DS1104 2.1. Giới thiệu chung
2.2. Cấu trúc phần cứng của DS1104
2.2.3. Các thành phần chủ yếu của DS1104
2.2.3.1. Bộ xử lý tín hiệu số DSP TMS320F240
Bộ xử lý tín hiệu số DSP TMS320F240
TMS320F240 (F240) là một thành viên của họ bộ điều khiển DSP dựa trên nền tảng bộ xử lý tín hiệu số 16 bit TMS320C2xx. Họ vi xử lý này đã được tối ưu hoá cho các ứng dụng điều khiển số động cơ và chuyển động. Các bộ điều khiển số DSP phối hợp TMS320 được tăng cường lõi CPU C2xLP khi thiết kế với chi phi thấp, có nhiều khả năng xử lý hiệu xuất cao và một số điểm nổi trội trong tối ưu hoá ngoại vi cho các ứng dụng điều khiển động cơ và chuyển động. Ngoại vi bao gồm module quản lý sự kiện đê tạo ra các Timer đa mục đích và bộ ghi so sánh để tạo ra 12 đầu ra PWM, và các bộ biến đổi tương tự - số kép 10 Bit (ADC).
Một số đặc trưng quan trọng của TMS320F240:
- Hiệu suất cao với ứng dụng công nghệ CMOS +Tương thích với họ TMS320C2xx
- Lõi là họ CPU T320C2xLP
+ Mã nguồn tương thích với TMS320C25 + Có thể nâng cấp để tương thích với TMS320C5x + Tích hợp trong vỏ Plastic 132 chân
+ Thời gian thực hiện lệnh 50ns
- Thích hợp với nhiệt độ trong công nghiệp và các phương tiện chuyển động - Bộ nhớ
+ 544 Words × 16 Bits of On-Chip Data/Program Dual-Access RAM
+ 16K Words × 16 Bits of On-Chip Program ROM (‟C240)/Flash EEPROM (‟F240)
+ 224K Words × 16 Bits of Total Memory Address Reach (64K Data, 64K Program and 64K I/O, and 32K Global Memory Space)
- Module quản lý các sự kiện
+ 12 kênh so sánh và điều chế độ rộng xung PWM
+ 3 bộ Timer đa mục đích 16 bit với 6 chế độ, bao gồm cả chế độ đếm tiến lùi + 3 bộ so sánh 16 bit với vùng chết
+ 3 bộ so sánh đơn 16 bit + 4 bộ thu thập dữ liệu
Hình 2.3. Vi xử lý tín hiệu số DSP TMS320F240
- Module kép biến đổi 10-Bit Analog-to-Digital - 28 chân vào/ra có thể lập trình đơn và đa năng - Phase-Locked-Loop (PLL)-Based Clock Module - Watchdog Timer Module (With Real-Time Interrupt) - Module giao thức truyền thông nối tiếp (SCI) - Module giao thức ngoại vi nối tiếp (SPI)
- 6 ngắt mở rộng (Power Drive Protect, Reset, NMI, and Three Maskable Interrupts) - 4 chế độ hoạt động tết kệm năng lượng
- Ước lượng vòng quét cở bản - Phát triển các công cụ sẵn có
+Texas Instruments (TI) ANSI C Compiler, Assembler/Linker, and C-Source Debugger
+ Scan-Based Self-Emulation (XDS510)
+ hỗ trợ phát triển điều khiển mờ, hướng điều khiển số động cơ thứ 3
Trên đây chỉ giới thiệu một số đặc trưng cần thiết cơ bản của TMS320F240 giúp hiểu kiến trúc và hoạt động của DS1104. DS1104 sử dụng tính năng quản lý bus của TMS320F240 giúp máy chủ có thể truy cập vào tất cả các bộ nhớ off -chip, cho phép các hoạt động download nhanh mà không yêu cầu một chương trình giám sát chạy trên DSP.
DS1104 còn bao gồm một giao diện nối tiếp tốc độ cao có thể được sử dụng cho truyền thông giữa một vài bo mạch xử lý tín hiệu số nhằm hình thành hệ thống nhiều bộ xử lý (multi-processor).
TMS320F240 hỗ trợ các ngắt mềm có thể lập trình được mềm dẻo và các ngắt ngoài thường được ứng dụng trong các ứng dụng điều khiển truyền động thời gian thực. TMS320F240 có 3 loại ngắt chính: Reset, ngắt cứng, ngắt mềm.
Ngoài ra còn cung cấp một đường tín hiệu thông báo về trạng thái sẵn sàng của bus, được sử dụng để làm cho TMS320F240 thích ứng về thời gian với các thiết bị ngoại vi khác nhau trên bo mạch. Thanh ghi điều khiển bus của TMS320F240 được lập trình để sử dụng tín hiệu sẵn sàng từ bên ngoài.
a. Các ngắt ngoài của DSP:
Tên các ngắt Thứ tự ưu tiên
RESET 1
TI RESERVED 2
NMI 3
INT1 4
INT2 5
INT3 6
INT4 7
INT5 8
INT6 9
TI RESERVED 10
Bảng 2.4. Các ngắt cứng của DSP
Các ngắt được điều khiển bởi module hệ thống và bộ quản lý sự kiện
Ngoại vi Đường ngắt
System Module
INT1 INT5 INT6
NMI
Event Manager
INT2 INT3 INT4
b. Bản đồ bộ nhớ của DSP TMS320F240:
DSP TMS320F240 được bổ sung thêm 3 không gian địa chỉ riêng biệt cho vùng nhở chương trình, vùng nhớ dữ liệu và các cổng vào/ra. Mỗi một không gian
Bảng 2.5. Quản lý các ngát cứng
có tổng số 64K 16Bit Word. Trong khoảng 64K Word của không gian dữ liệu, từ 256 đến 32K word ở phần đỉnh của vùng nhớ có thể được xác định để mở rộng bộ nhớ chung, khi được chỉ định bởi vùng nhớ địa phương (GREG). Việc truy cập vào vùng nhớ chung được điều khiển bởi tín hiệu đảo BR.
Các ngắtngoài
Dùng cho bên ngoài
On-Chip DARAM B0 (CNF = 1) hoặc Bên ngoài (CNF
= 0) Dự trữ
Các ngắt (On-Chip) On-Chip ROM†
(Flash EEPROM) (8 x 2K Segments)
Dùng cho bên ngoài
On-Chip DARAM B0 (CNF = 1) hoặc Bên ngoài (CNF
= 0) Dự trữ
Dùng cho bên ngoài
Dự trữ
Ghi chế độ điều khiển Flash Dự trữ
Điều khiển bộ ghi khi chế độ đợi đươc tạo ra
Bộ ghi bản đồ bộ nhớ và dự trữ
On-Chip DARAM B2
Dự trữ
On-Chip DARAM B0 (CNF = 0)
hoặc Dự trữ (CNF = 1)
On-Chip DARAM B1
Dự trữ
Cấm
Cấm
Dùng cho bên ngoài Dự trữ Bộ ghi bản đồ bộ nhớ
ngoại vi (hệ thống, WD, ADC, SPI, SCI,
các ngắt, I/O) Bộ ghi bản đồ bộ nhớ
ngoại vi (Quản lý sự kiện)
Hình 2.4.Bản đồ bộ nhớ của DSP
c. Bộ nhớ:
Bộ xử lý tín hiệu số TMS320F240 cung cấp hai chế độ hoạt động khác nhau:
chế độ vi xử lý và chế độ máy vi tính. Chế độ máy vi tính tối thiểu hoá các yêu cầu phần cứng bên ngoài trong các ứng dụng cuối cùng. Tuy nhiên, trong khi phát triển
Dự trữ Bộ ghi mặt nạ và ngắt
Bộ ghi toàn bộ vùng nhớ địa phương Bộ ghi các cờ ngắt Bộ ghi các cờ ngắt
Cấm
Bộ ghi cấu trúc hệ thống và điều khiển
Watchdog Timer và bộ ghi điều khiển PLL
ADC SPI SCI Cấm Bộ ghi các ngắt ngoài
Cấm Bộ ghi các đầu điều khiển vào/ra số
Cấm
Bộ ghi Timer đa mục đích
Dự trữ Bộ ghi so sánh, PWM và vùng chết
Dự trữ Bộ ghi Capture & QEP
Dự trữ Bộ ghi mặt nạ che ngắt, vector và cờ
Dự trữ Bộ ghi bản đồ bộ nhớ và dự trữ
On-Chip DARAM B2
Dự trữ
On-Chip DARAM B0 (CNF = 0) Dự trữ (CNF = 1)
On-Chip DARAM B1
Dự trữ
Cấm Peripheral Frame 1 Peripheral Frame 2
Dự trữ Cấm Mở rộng (Dùng cho bên ngoài)
Hình 2.5.Bản đồ bộ nhớ ngoại vi của DSP TMS320F240
chương trình, chế độ vi xử lý lại phù hợp hơn. Trong chế độ này, tất cả các tìm nạp (fetch) lệnh đều được thực hiện từ bộ nhớ ngoài, thường là RAM trong các hệ thống phát triển DS1104 sử dụng chế độ vi xử lý của TMS320F240 để có được sự điều khiển bộ nhớ đầy đủ bởi máy chủ. Các chương trình của người sử dụng có thể được tải xuống (download), giám sát, hoặc thay đổi tại bất kỳ thời điểm nào ngay cả khi DSP đang chạy. Bộ nhớ của DS1104 đủ nhanh để cho phép hoạt động với trạng thái đợi bằng không ở tốc độ đồng hồ giới hạn là 60 MHz.
d. Giao diện nối tiếp:
TMS320F240 bao gồm một cổng nối tiếp cung cấp truyền thông trực tiếp với các thiết bị khác nhau như các bộ biến đổi số-tương tự ADC nối tiếp hoặc các DSP khác. Hoạt động của cổng nối tiếp được điều khiển bởi nhiều bit chế độ, các thanh ghi của TMS320F240 và có thể được lập trình cho chiều dài dữ liệu từ 8-32 bit trong rất nhiều chế độ hoạt động đồng bộ và không đồng bộ. Tốc độ truyền và nhận dữ liệu được quyết định bởi một máy phát xung đồng hồ có thể lập trình được ở bên trong hoặc một nguồn xung đồng hồ ở bên ngoài.