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控制技術/MCU  

數位訊號控制器提供即時控制功能

上網時間: 2009年02月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:DSC  DSP  數位訊號控制器 

越來越多的即時控制應用使得設計人員左右為難。這些應用既需要微控制器(MCU)的快速中斷響應特性與易用性,也需要數位訊號處理器(DSP)的強大運算能力。

伺服器機制、功率因素校正和可變負載運動控制等應用都必須整合DSP的運算能力,以及MCU的快速中斷響應與數位輸出特點;因此,一開始的解決方案都是在相關應用中同時採用這兩種元件。

但整合能力的提升催生出數位訊號控制器(DSC)的發展。DSC是一種具備DSP架構的MCU,它可實現更強大的運算性能,並因而開創出一種性能與週邊設備範圍均大幅擴展的混合型元件。

“一開始,DSC所針對的是特定的利基市場,但現在需要即時控制的應用已不在少數,而且DSC和MCU市場已開始融合。”德州儀器(TI)公司C2000系列產品行銷經理Keith Ogboenyiya表示。在電源等應用領域,DSC正開始取代MCU和類比控制系統,Ogboenyiya補充道。

微芯科技(Microchip)公司策略行銷經理Steve Marsh也認同這一觀點。“數位電源等領域正開始從傳統的MCU轉向DSC;很快地,包括電池管理等其他應用也將迅速步其後塵。”Marsh說,“越來越多的MCU用戶正開始利用DSC內部的DSP特性。”

同時,Marsh也強調,傳統的應用對於DSC的要求也越來越多。“例如像馬達控制等應用正轉而採用更先進的演算法,以降低感測器和馬達成本,同時也可因應諸如可變負載等特殊的負載要求。”他說。

圖:有些TI DSC中的控制迴路加速器具有其中斷與週邊介面,使其可獨立於CPU而運作。<p>
圖:有些TI DSC中的控制迴路加速器具有其中斷與週邊介面,使其可獨立於CPU而運作。

DSC新品層出不窮

為了因應市場發展趨勢,Microchip和TI去年分別推出了20多款新型的DSC元件,並計劃在2009年推出更多新產品。此外,飛思卡爾(Freescale)公司也推出其DSC,而ADI則已有針對控制導向的DSP。因此,Microchip和TI的新元件使得業已豐富多元的DSC元件市場更為錦上添花。這些新品的特點是功能更強大、性能更提升、售價更低,並有利於拓展DSC的應用領域。

例如,Microchip的16位元dsPIC33系列針對馬達和頻率控制新增了脈寬調變器(PWM)、最大可達128MB的快閃記憶體,以及用於現有平行和序列數位介面和類比數位轉換器(ADC)的正交編碼器介面。dsPIC33系列還增加了音訊級數位類比轉換器(DAC)以拓展設計選擇,讓開發人員可利用該DAC輸出類比控制訊號,以產生警報器或警示聲音,而不至於佔用PWM資源,或者也可作為用戶介面設計的一部份,以提供數位化語音響應。

滿足市場對於小型設計日益成長的需求是Microchip新型DSC產品的另一個重點。為了使封裝尺寸盡量減小(6x6mm╱28接腳),Microchip為其晶片上週邊設備建置了可程式的接腳選擇功能。該功能可使開發人員根據需要來映射I/O訊號,因而在選擇一種週邊設備功能時不至於影響其它功能的使用。

TI在開發其30多款新型Piccolo系列產品時,成本和性能是最主要的驅動因素。Piccolo系列以TI 32位元C2000處理器核心為基礎,提供了高性能的DSC功能,且其封裝可小至48接腳。Piccolo系列於去年底月出樣,該系列產品提供了最大可達128MB的記憶體容量,以及一系列豐富的類比和數位I/O週邊設備。該系列產品還包含一個可提供頻率和工作週期精確度可達150皮秒(10-9秒)的增強型PWM設計。

部份Piccolo系列產品採用獨特的控制律加速器(CLA)技術,該技術可獨立於CPU以處理控制迴路演算法。CLA是一種32位元浮點數學加速器,具有單獨的中斷控制器,並能存取PWM和ADC等週邊設備。TI聲稱,相較於僅單獨使用CPU而言,採用CLA可使性能提升5倍。

以工具簡化應用

除了增加功能與提升性能以外,供應商們正致力於使傳統MCU用戶在採用DSC設計方法時更容易。Microchip已使其開發工具組適用於其DSC和有關MCU系列的所有產品。因此,開發人員可根據特性來選擇元件,而非以工具取得來作選擇。

這些工具組的一個關鍵特性是可使開發人員採用C等高階語言編寫主要的應用程式,同時也能在需要最高性能之處採用組合語言編程。供應商還提供了豐富的工具庫來協助缺乏DSP開發經驗的開發人員簡化其軟體設計。這些工具庫包括功因校正、馬達控制和雜訊抑制等應用功能程式碼,並提供通訊協議、數據機和編解碼器、加密等更多其它功能的系統程式碼。

隨著越來越多的MCU用戶轉向採用DSC,該產品將繼續進展。“消費者正鞭策著我們實現更多先進的性能,包括新增週邊設備和更大容量、更快的直接記憶體存取和處理器速度,而在滿足這些要求的同時,也儘可能使元件體積更小。”Microchip的Marsh說。

為了滿足越來越多的軟體需求而使記憶體性能擴展,以及業界用戶對於控制區域網路(CAN)協議等通訊協議的需求,均持續推動著DSC技術的不斷進步,TI的Ogboenyiya表示。

因此,對於嵌入式即時數位控制系統設計來說,其可選擇的功能與範圍將與日俱增。

作者:古韻德





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