Dsp控制板的制作方法

2026-05-01 18:46:08

　　本实用新型属于变流器控制技术领域，特别是提供了一种DSP控制板，适用于电机控制、风力发电等新能源并网领域变流器控制系统，该控制板具有兼容TI公司TMS320F28X系列的DSP功能，功能全面，具有良好的灵活性、兼容性、选择性和适用性。

　　目前，DSP具有高速处理复杂的计算能力、通用性和灵活性等特点，DSP在面向数字控制和运动控制领域应用十分广泛，例如电机控制、风电等新能源变流器控制领域。传统的DSP控制板一般是使用单块DSP (Digital Signal Processing，数字信号处理)芯片作为控制核心，并且DSP控制芯片与控制板焊接固定在一起。在通常实验使用时，会出现控制芯片在使用过程中烧坏或者更新等问题。(I)当控制芯片烧坏时，本来只需要对控制芯片进行更换，而控制板上控制芯片的外围接口电路不需要变动情况时，但是由于控制芯片与控制板焊接固定在一起，还是需要对整个控制板进行更换。(2)控制对象改变，或者控制芯片DSP功能不足满足控制要求时，比如需要使用同系列的精度和速度更高的 DSP芯片，由于控制板的不具备兼容同系列DSP控制芯片的能力，还需要对控制板的结构和连线进行重新调整。以上两种常见情况都需要对控制板更换。体现出传统的控制板利用率低、灵活性差、不具备兼容性和系统功能不完备等不足。从而造成资源浪费、重复设计、开发周期长等问题。

　　发明内容本实用新型的目的在于提出一种DSP控制板，兼容TMS320F28X系列；解决了资源浪费、重复设计、开发周期长、灵活性差、不具备兼容管脚功能类似同系列控制芯片等问题。实现了兼容，并且满足DSP自身功能最大化，同时满足不同速度和精度的控制要求，实现风电等新能源领域的复杂算法控制。该控制板能兼容TI公司的C2000系列TMS320F28x的控制芯片，并以TMS320F28x中使用相对比较多的定点型芯片TMS320F2812和浮点型TMS320F28335为例，对控制板兼容性的设计进行说明。本实用新型包括DSP2812最小系统板、DSP28335最小系统板和底板。DSP2812最小系统板与DSP28335最小系统板可以单独和底板相连。即底板能同时兼容DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板。DSP2812最小系统板包括TMS320F2812控制芯片、复位电路、JTAG下载口、外扩RAM、外扩Flash、外扩引脚接口。复位电路、JTAG下载口、外扩RAM、外扩Flash、外扩引脚接口均与TMS320F2812控制芯片相连。复位电路为控制芯片提供复位信号。外扩RAM、外扩Flash分别为DSP控制芯片扩展程序代码和编译代码存储空间，外扩RAM采用IS6ILV51216芯片，外扩Flash采用的是SST39VF800芯片。外扩引脚接口所外扩TMS320F2812控制芯片的引脚包括地址总线、数据总线、PWM信号、CAP/EQEP信号、ADC、SC1、McBSP, CAN、SP1、读写片选信号、中断信号、电源信号。DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板的外扩引脚接口为两个插针式接口，两个插针式接口的结构完全相同。对比DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板两者的外扩引脚，不完全相同。DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板的外扩引脚接口中大部分外扩引脚的功能是相同，且具有兼容性特点，只有少数引脚不兼容。将DSP2812和DSP28335最小系统板的外扩引脚各分成两类:相同性引脚和差异性引脚。在外扩引脚中，功能相同的同一类引脚，并且数量也相同，将这类引脚定义为相同性引脚，具有兼容性特点，例如:地址总线]，数据总线]等外扩引脚。还有少数引脚不具有兼容性的特点，将这类引脚定义为差异性引脚，这类引脚有三个特点:1)DSP2812具有此类功能的引脚，而DSP28335没有；2)DSP38335具有此类功能的引脚，而DSP2812没有；3)DSP2812和DSP28335都具有此类功能的引脚，但存在数量上的差异，在数量上多出的此类功能引脚。所以根据外扩引脚的分类，可以将DSP2812最小系统板的外扩引脚接口分成相同性引脚区域和差异性引脚区域，同理，也可以将DSP28335最小系统板的外扩引脚接口分成相同性引脚区域和差异性引脚区域。底板包括FPGA (Field — Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)芯片、外围电路和插槽。由于最小系统板的外扩引脚接口与底板的插槽相连，外扩引脚接口分成相同性引脚区域和差异性引脚区域，相应的，底板的插槽划分为相同性引脚区域和差异性引脚区域两部分。插槽中差异性引脚区域部分与FGPA相连，FPGA再与外围电路相连。插槽中相同性的引脚区域直接与外围电路相连。

　　这种连接方式使底板能兼容DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板。最小系统板外扩引脚接口中差异性的引脚(即不兼容引脚)通过插槽引向FPGA芯片的IO 口，再通过FPGA芯片的IO 口与外围电路进行连接。由于FPGA具有硬件可编程的特点，使得差异性引脚通过FPGA可以选择性的与外设电路进行连接，从而到达兼容的目的。FPGA采用的是EP3C80,为ATERAL公司Cyclone系列的第三代产品。控制板采用上下叠层、可分离结构，上层为DSP2812最小系统板或DSP28335最小系统板，下层为底板，上层最小系统板底部有两个插针式的外扩引脚接口，插在下层底板的插槽上，可以相互组合和分离。根据不同控制的需要可以更换不同的DSP最小系统。本实用新型与现有控制板相比的有益效果是控制板具有很好的灵活性、选择性和兼容性，功能全面。从而有效地避免上述两种情况下需要对控制板重新设计的问题，克服了传统控制板中灵活性差、不具备兼容引脚功能类似同系列控制芯片的不足。

　　图1为DSP最小系统板的功能单元示意图。图2为底板功能单元示意图。图3为控制板结构俯视图。图4为控制板结构正视图。图5为扩展引脚区域划分示意图。[0020]图6为底板连接原理示意图。

　　本实用新型包括DSP2812最小系统板、DSP28335最小系统板和底板。DSP2812最小系统板与DSP28335最小系统板可以单独和底板相连。即底板能同时兼容DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板。1、具体实施方案阐述:本实用新型的目的在于提出一种兼容TMS320F28X系列的DSP控制板设计，该控制板能兼容TI公司的C2000系列TMS320F28X的控制芯片，并以TMS320F28x中使用相对比较多的定点型芯片TMS320F2812和浮点型TMS320F28335为例，对控制板兼容性的设计进行说明。2、

　　以下结合附图从原理上对本实用新型作进一步详细描述图1和图2为控制板功能单元示意图。如图所示，图1为DSP最小系统板的功能单元示意图，图2为底板功能单元示意图。DSP最小系统单元主要包括复位电路、JTAG下载口、外扩RAM、外扩Fl ash、外扩引脚接口，底板主要是包括FPGA芯片、插槽、外围电路。下面结构和原理上对控制板的兼容性进行说明(I)从结构上图3和图4为控制板结构示意图，(图3为俯视图、图4正视图)。控制板采用的是叠层、可分离的结构。上层为DSP2812最小系统板或DSP28335最小系统板，下层为底板，上层最小系统板底部有两个插针式的外扩引脚接口，插在下层底板的插槽上。这种结构可以方便地对上层的最小系统板进行更换，结构上满足底板兼容的目的。(2)从原理上将DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板外扩引脚接口中相同性引脚具有兼容性特点，直接引至外围电路，而外扩引脚中差异性的引脚，不具有兼容性，需要通过底板插槽引向FPGA芯片的IO 口，再通过FPGA芯片的IO 口引至外围电路，只需要对FPGA芯片进行硬件编程，使得外扩引脚接口中差异性的引脚，重复可选择性地与外围电路连接，达到底板的目的。下面为具体操作的实施步骤。首先根据上述相同性和差异性的定义，对DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板外扩引脚分类，再根据分类将外扩引脚接口划分成相同性引脚区域和差异性引脚区域，如附图5所示，最后结合附图6，说明底板连接原理示意图，达到兼容DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板的目的。如图5所示，扩展引脚接口为两个插针式接口，划分为相同性引脚区域和差异性引脚区域，其中阴影部分为差异性引脚区域。在设计DSP3812和DSP28335最小系统板时，对外扩引脚进行合理的走线布置，可以将最小系统板的外扩引脚接口划分为相同性引脚区域和差异性引脚区域。由于最小系统板的外扩引脚接口插在底板插槽上，相对应，底板的插槽也划分为相同性的引脚区域和差异性的引脚区域。图6为底板连接原理示意图，下面对图6进行说明。底板插槽划分为相同性引脚区域和功能差异性引脚区域，对这两类引脚分别进行不同的连接:[0035]I)相同性的引脚连接这些引脚本身是具有的兼容性特点，直接与底板外围电路进行连接。2)差异性的引脚连接这类引脚不具备兼容性特点，需要通过底板插槽引向FPGA芯片的IO 口，然后再经过FPGA芯片的IO 口与外围电路进行连接。通过对FPGA芯片进行硬件编程，可以使得最小系统板外扩引脚接口的差异性引脚通过FPGA芯片灵活有选择地与外围电路进行连接，从而使得控制板能兼容两款TMS320F28X系列的DSP。有益效果:本实用新型能够兼容TMS320F28X系列两款控制芯片，满足不同速度和精度的控制要求。具有很好的灵活性、选 择性、兼容性和适用性，功能全面。

　　权利要求1.一种DSP控制板，其特征在于，包括DSP2812最小系统板、DSP28335最小系统板和底板；DSP2812最小系统板与DSP28335最小系统板单独和底板相连；DSP2812最小系统板包括TMS320F2812控制芯片、复位电路、JTAG下载口、外扩RAM、夕卜扩Flash、外扩引脚接口 ；复位电路、JTAG下载口、外扩RAM、外扩Flash、外扩引脚接口均与TMS320F2812控制芯片相连；DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板的外扩引脚接口为两个插针式接口，两个插针式接口的结构完全相同；对比DSP2812最小系统板和DSP28335最小系统板两者的外扩引脚，不完全相同；底板包括FPGA芯片、外围电路和插槽；最小系统板的外扩引脚接口与底板的插槽相连，外扩引脚接口分成相同性引脚区域和差异性引脚区域，相应的，底板的插槽划分为相同性引脚区域和差异性引脚区域两部分；插槽中差异性引脚区域部分与FGPA相连，FPGA再与外围电路相连；插槽中相同性的引脚区域直接与外围电路相连；最小系统板外扩引脚接口中差异性的引脚通过插槽引向FPGA芯片的IO 口，再通过FPGA芯片的IO 口与外围电路进行连接。

　　2.根据权利要求1所述的DSP控制板，其特征在于，外扩RAM采用IS6ILV51216芯片，外扩Flash采用的是SST39VF800芯片；外扩引脚接口所外扩TMS320F2812控制芯片的引脚包括地址总线、数 据总线、PWM信号、CAP/EQEP信号、ADC、SC1、McBSP、CAN、SP1、读写片选信号、中断信号、电源信号。

　　3.根据权利要求1所述的DSP控制板，其特征在于，FPGA采用的是EP3C80。

　　控制板采用上下叠层、分离结构，上层为DSP2812最小系统板或DSP28335最小系统板，下层为底板，上层最小系统板底部有两个插针式的外扩引脚接口，插在下层底板的插槽上。

　　专利摘要一种DSP控制板，属于变流器控制技术领域。包括DSP2812最小系统板、DSP28335最小系统板和底板。DSP2812最小系统板与DSP28335最小系统板可以单独和底板相连。DSP2812最小系统板包括TMS320F2812控制芯片、复位电路、JTAG下载口、外扩RAM、外扩Flash、外扩引脚接口。复位电路、JTAG下载口、外扩RAM、外扩Flash、外扩引脚接口均与TMS320F2812控制芯片相连。复位电路为控制芯片提供复位信号。外扩RAM、外扩Flash分别为DSP控制芯片扩展程序代码和编译代码存储空间，外扩RAM采用IS6ILV51216芯片，外扩Flash采用的是SST39VF800芯片。优点在于，实现了兼容，满足DSP自身功能最大化，实现风电等新能源领域的复杂算法控制。

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