基于 TMS320F28335的信号处理电路设计

基于 TMS320F28335的信号处理电路设计

梁涛

贵州航天控制技术有限公司

摘要：鉴于TMS320F206即将停产，需要寻求一款DSP对其进行替代，替换DSP后的信号处理电路需完成温度值、一路电气零位、三路加表惯性量、三路陀螺惯性量的采集以及惯性量的补偿计算和数据组帧发送的功能。该信号处理电路基于浮点DSP TMS320F28335，该DSP的引用简化了惯性测量装置中的误差补偿计算，为单位类似的产品提供了一套可行方案。TMS320F28335丰富的外设使得信号处理电路具有可再简化的潜力，其在惯性测量装置信号处理电路中的应用具有广阔前景。通过系统试验，验证了系统软硬件设计的正确性高的应用推广价值。

关键词：DSP；信号处理电路；浮点

1、前言

现有技术方案主要为TMS320F206+异步串口SC28L202的方案，电路上电后完成外围电路的初始化，TMS320F206通过SC28L202相应的I/O完成AD7716的配置，AD7716初始化完成后每隔一个固定时间自动完成加表数据的采集并输出一个中断信号，所采数据存于FIFO中。陀螺每隔一个固定时间将一帧数据存于SC28L202的FIFO中，当TMS320F206判到第四个AD7716中断来到后从相应的FIFO中取加表、陀螺数据，TMS320F206完成加表、陀螺数据温度补偿计算后组帧并向相应的接口发送数据。

本文以某信号处理电路设计为背景，为了解决TMS320F206即将停产的问题，电路架构由TMS320F206+异步串口SC28L202的方案升级为TMS320F28335+异步串口TL16C752CIPFB架构。其中DSP为TI公司的TMS320F28335 [1]，异步串口为TI公司的TL16C752CIPFB [2]。

2、某信号处理电路原理TMS320F206+异步串口SC28L202架构设计

信号处理电路采用了TMS320F206+异步串口SC28L202架构。信号处理电路主要由加速度计信号采集电路、陀螺信号采集电路、测温电路、数字信号处理及控制电路、外设输出接口电路组成。

如果继续使用现有方案，现面临几个问题，主要表现在以下几个方面。

1. TMS320F206即将停产，本方案中的DSP需进行更换；

2. 另外由于TMS320F206为定点DSP，而在补偿计算时要进行浮点运算，为满足这种需要，在进行补偿时需要对数据进行复杂的移位操作，补偿计算耗时较多，效率低下；

3. 总体需要更换异步串口SC28L202。

为了解决上述问题，DSP采用TI公司的TMS320F28335 ，异步串口采用TI公司TL16C752CIPFB实现。该方法可以解决上述问题，但是，由于引入了DSP TMS320F28335 ，异步串口TL16C752CIPFB，需要研究基于TMS320F28335的信号处理电路设计，实现DSP、稳定、可靠的工作。

3、基于TMS320F28335信号处理电路架构设计

TMS320F28335数字信号处理器是属于TI公司C2000系列的一款浮点DSP控制器，详细信息如下。

1. 单周期指令执行时间：最快达6.67ns；

2. CPU： 32为定点处理器、单精度浮点运算单元、32位算术逻辑单元、16位×16位乘法器和32位×32位乘法器；

3. 存储器：地址空间为2M×16、SRAM为34K×16、OTP ROM为1K×16、引导ROM为8K×16、FLASH为256K×16；

4. 片内外设：3个定时器、87个复用I/O引脚、1个同步串行口、3个异步串行口、2个eCAN、1个I2C、8个外部中断、16个通道12位ADC；

5. 供电电压：I/O口：3.3V、内核：1.9V。

与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，外设集成度高，数据及程序存储量大，AD转换精度更精确快速等。TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路得PWM输出，其中6路为TI特有的更高精度的PWM输出（HRPWM），12和16通道的ADC，得益于浮点运算单元，用户可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，并与定点C28x控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。

信号处理电路主要由加速度计信号采集电路、陀螺信号采集电路、测温电路、数字信号处理及控制电路、外设输出接口电路组成，其原理框图如图1所示。

图1 信号处理电路原理框图

信号处理电路上电完成初始化，当中断到来后，TMS320F28335将从第一片缓存器1中取出AD7716的转换结果。延时一段时间后，TMS320F28335再从SC28L202的FIFO中读取光纤陀螺输出的数据，然后按系统要求对取得的加速度计和光纤陀螺数据做相应补偿计算并进行数据组帧，然后每隔一定时间发送给外设设备。

由于TMS320F28335具备32位浮点处理单元，在进行惯性量全温误差补偿时不用考虑采用定点DSP时浮点计算的复杂移位操作。这极大地简化了补偿计算，提高了效率，与此同时这也简化了基于定点DSP惯性测量装置的标定系数，使标定系数的计算更加简单。

此外，本方案中只用到了TMS320F28335小部分的硬件功能，完全开发出TMS320F28335的功能对与简化信号处理电路具有重要的意义。

5、结论

综上所述，数字信号处理器TMS320F28335在惯性测量装置信号处理电路中的应用简化了以往补偿计算中的复杂工作，丰富的外设使得信号处理电路具有可再简化的潜力，其在信号处理电路中的应用具有广阔前景。试验结果表明，该方法工程实现简单，措施有效，达到了实际工程应用状态，具有较高的应用推广价值。

参考文献：

[1] 《TMS320F28335 DSP原理及开发编程》.刘陵顺.北京航空航天大学出版社；2011.

[2] 《TL16C752CIPFB 使用手册》.TI公司；2016.