许多通用信号处理器具有杰出的核算功用和根本衔接特性,因而能为工业运用所承受。另一方面,有些重要的外设增强功用能够明显改进处理器的才能,使其合适要求更高的工业体系。本文迁就网络和电机操控运用评论两个增强功用的比如。
以太网接口
关于传统工业运用,以太网操控器可供给根本网络衔接。操控器(MAC)与处理器一般坐落同一芯片上。它一般与一个外部PHY芯片合作运用,构成完好的接口。
也能够运用外部MAC/PHY芯片,常常将这种芯片直接连到处理器的异步存储器接口。尽管以太网MAC/PHY组合芯片的价格继续下降,已达到简直与独立PHY芯片恰当的程度,但其传输速率无法与集成MAC加外部PHY解决方案比较。这是由于,内部MAC一般与体系DMA通道相连,能够设置为发送或接纳数据,与内核处理器的交互很少。内部MAC操控器一般能够完成接近于线路速度的功用,详细取决于协议。
功用的另一个重要方面是完成给定吞吐速率所需的处理器负荷。这是全体功用的一部分,也是内部MAC解决方案与外部MAC解决方案的最大不同之处。
在工业型网络中,以太网可运用网络时刻协议(NTP)供给根本体系时刻。关于依据NTP的体系,整个受控网络的同步经过“人机接口”时刻尺度衡量。尽管该协议合适一般体系守时信息,但它不行准确,不合适许多要求更精细同步的工业操控体系。
为改进精度,业界拟定了IEEE 1588精细时刻协议(PTP)规范,与以太网操控器和网络仓库合作运用,以运用主时钟同步网络上的“本地”时钟。也便是,各处理或操控节点与驱动体系的主参阅时刻同步。
经过使整个工业网络坚持精细守时联系,时刻事情便能够同步到亚毫秒水平。时刻事情包含:模仿/数字转化器何时采样,何时驱动数字/模仿转化器,以及何时激活I/O线路以履行体系操控等。
IEEE 1588 PTP要求沟通特定数据包,以便从两个节点供给时刻信息。这些数据包用于核算各节点时钟之间的时刻和频率差。此外,该协议供给一种接连调整时钟的途径,使各时钟坚持同步。
IEEE 1588 PTP协议既能够彻底经过软件完成,也能够经过硬件与软件的组合完成。依据硬件的解决方案可供给最佳精度,因而节点之间可完成最佳同步。选用硬件解决方案时,数据包的时刻戳能够尽可能接近它与PHY的交互点。这样,节点之间的颤动更低。
PWM单元
微处理器和DSP的一个规范外设是通用守时器,它依据芯片内部或外部的一个或多个时钟参阅供给规范守时器功用。在引脚接口上,它也可供给宽度捕捉或脉冲计数功用,以及单端脉冲宽度调制(PWM)输出波形。这些PWM输出一般具有可编程脉冲宽度和周期,能够用在许多使命业操控运用中,包含直流电平发生和抗噪模仿信号传输(运用恰当的低通滤波)。
但是,为使其真实能够用于沟通电机操控,需求从几个方面临根本PWM功用进行晋级。图1显现了电机操控暗示框图,其间来自处理器的PWM输出以差分方法驱动高端和低端电源器材,然后调理电机的扭矩和速度。ADC用于向处理器供给电流丈量反应,这样就能够在具有时序严密的闭环体系中办理PWM占空比,以便操控电机。
图1:电机操控信号链暗示图。
与通用处理器的PWM模块比较,用于电机操控的PWM单元具有多项增强功用。如上文所述,电机操控PWM成对运用,以便在给定电机相位替换驱动高端和低端电源开关。关于三相沟通电机,需求选用3对PWM单元。
如图1所示,在处理器的PWM操控单元与功率晶体管的栅极驱动器件之间一般有必要供给阻隔。这种阻隔一般运用光耦合器或脉冲变压器完成。因而,一些PWM单元供给栅极驱动单元,便于输出与高频斩波信号混合,然后衔接到脉冲变压器;一起还配有引脚驱动器,以满足的源电流和吸电流驱动大多数光耦合器。
重要的是,电机操控PWM有必要在一个电源器材声明完毕与另一个互补的电源器材声明开端之间供给必定的确保“死区”。不然,电源开关可能发生直流短路。
此外,有必要一直存在能够当即异步禁用PWM输出的途径,防止发生多个输出相位一起发动的过错情况。这种“PWM跳变”特性答应运用外部异步信号禁用一切PWM输出,不管处理器时钟处于何种状况。
最终,尽管让通用守时器同步发动是常见做法,但PWM守时器同步关于电机操控具有更重要的含义。能够运用内部或外部施加的“PWM同步”信号发生一个中止(有时每个周期不止一次),以便处理器能够依据操控算法调整占空比,而且ADC能够获取和传输下一个电流丈量成果。
至此,清楚明了,尽管许多使命业运用可能会选用具有通用外设集的处理器,但首要考虑哪些“工业晋级”对当时运用有利是明智之举。本文中,咱们只挑选评论了网络衔接和PWM功用两个比如,但相同的道理也适用于其它许多子体系,包含存储器结构和数据转化接口。运用扩增外设和体系模块带来的增值,能够进步工业产品的稳定性和体系操控才能。