По различным оценкам, каждый год производится более семи миллиардов двигателей. По причине высокой стоимости, менее 20% из них имеют электронное управление. Но при использовании электронного управления, за счет сбережения энергии можно многократно оправдать стоимость привода с управлением. Этот факт известен давно, вследствие чего быстрыми темпами развиваются контроллеры и процессоры для цифрового управления двигателями. Так, уже произошел переход от 8-битных ядер к 16- и 32-битным, позволяющим реализовать более сложные алгоритмы управления.

Рассмотрим различия использования микроконтроллера и микропроцессора (DSP) для цифрового управления. Традиционные микроконтроллеры специализированны для приложений управления, с небольшим размером программы, легко программируются, но плохо осуществляют обработку сигналов. Напротив, традиционные DSP предназначены для сложной цифровой обработки сигналов, операций над матрицами, сложно программируются и не совсем подходят для приложений управления.

 

Рис. 1. Ядро цифровых сигнальных контроллеров от Freescale

Компания Freescale предлагает сочетание микроконтроллеров и цифровых сигнальных процессоров, так называемые цифровые сигнальные контроллеры (рисунок 1), обладающие следующими свойствами:

• Команды, оптимизированные для управления, цифровой обработки, матричных операций;
• Компактный ассемблерный и Си-код;
• Простота программирования;
• Высокая производительность и расширенное адресное пространство.

Цифровые сигнальные контроллеры (DSC) компании Freescale находят применение в таких областях, как:

• автомобильная промышленность (EPAS, торможение, X-Wire, трансмиссия, привод гидро- или пневмораспределителя, стартеры, датчики инерции, управление двигателями);
• предметы домашнего быта (стиральные машины, холодильники, посудомоечные машины, индуктивные печи);
• промышленность (импульсные источники питания, частотные инверторы, бесперебойные источники питания);
• торговые автоматы, измерительные устройства, системы безопасности, интеллектуальные игрушки.

Семейство цифровых сигнальных контроллеров, 56F8xxx, состоит из трех групп, 56F80xx, 56F81xx, 56F83xx, построенных на базе ядра 56800E и различающиеся по производительности, объему памяти и функциональности (таблица 1).

Таблица 1. DSC семейства 56F8xxx   

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЯДРА 56800Е

16-битное ядро (рис. 2) цифровых сигнальных контроллеров построено на основе Гарвардской архитектуры. Содержит умножитель, осуществляющий 16x16-битную операцию умножения с накоплением за один цикл, четыре 36-битных аккумулятора, 32-битное арифметическое и логическое мультибитное сдвигающее устройство, 3 внутренних адресных шины, 4 внутренних шины данных. Система команд поддерживает как команды цифровой обработки сигнала, так и команды управления. Типы операндов: байты (8 бит), 16-битные слова (целые и дробные), 32-битные слова (дробные). Аккумулятор представляет собой 36-битный регистр. Вектора прерываний могут располагаться в любом месте памяти. Поддерживается четыре уровня приоритетов вложенных прерываний. Высший приоритет у немаскируемого прерывания. Программные системные прерывания на каждом уровне приоритета. Поддерживаются быстрые прерывания, позволяющие в 2-3 раза быстрее осуществить обработку события.

ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА СЕМЕЙСТВА

Самый большой набор периферийных устройств содержит серия 56F83xx, что можно увидеть на рис. 2.

 

Рис. 2. Ядро 56800Е цифровых сигнальных контроллеров 56F8xxx  

Серия 56F810x отличается следующим набором периферийных устройств:

• Подстраиваемый внутренний релаксационный генератор и кварцевый генератор;
• Программируемая ФАПЧ;
• Рабочая частота периферийных устройств до 96 МГц;
• До 6 выходов ШИМ с 4-мя прерываниями по ошибке;
• До 8 каналов 12-битного АЦП;
• Внутреннее или внешнее опорное напряжение Vref;
• Синхронизация между ШИМ и АЦП;
• Четыре 16-битных таймера общего назначения;
• SCI (совместим с LIN), SPI, I²C;
• До 26 GPIO;
• Отладочный интерфейс JTAG/EOnCE^TM.

Семейство 56F800x имеет самый простой набор периферийных устройств:

• До 6 выходов ШИМ;
• До 16 каналов 12-битного АЦП;
• До 2 12-битных ЦАП;
• До 8 16-битных таймера общего назначения;
• До 53 GPIO;
• SCI, SPI, I²C, CAN;
• Отладочный интерфейс JTAG/EOnCE^TM.

Для серии 56F83xx компания Freescale предлагает отладочную плату MC56F8300DSK. На плате установлен DSC 56F8323 и новый датчик электрического поля MC33794 для бесконтактного обнаружения объекта и его перемещения в пространстве. На плате также реализован JTAG-to-LPT-конвертер, упрощающий отладку программ пользователя. Отладочный комплект MC56F8300DSK включает все необходимые составляющие для быстрого старта: CD с пакетом бесплатно лицензируемого программного обеспечения «CodeWarrior Development Studio» для программ, объем которых не превышает 16 Kбайт, блок питания, необходимые кабели.

 

Рис. 3. Ядро и периферийные устройства серии 56F83xx

А для 56F80xx существует демонстрационная плата DEMO56F8013. С этой платой разработку приложения можно провести быстро и легко благодаря установленному на плате интерфейсу RS-232, пользовательским светодиодам, кнопкам и разъему дочерней платы, который обеспечивает мониторинг внешних сигналов и возможность расширения системы за счет пользовательских опций.

В комплект входит демонстрационная плата DEMO56F8013, руководство по установке, Metrowerks CodeWarrior Development studio на компакт-диске, блок питания, JTAG-адаптер с LPT-кабелем, исходные тексты программ на компакт-диске.