基于TMS320C6713和FPGA的数字电源控制模块设计

2.2FPGA控制单元

FPGA控制单元的功能是由主处理器调整后的数据产生数字PWM波，是实现电源高精度控制的关键，同时利用其强大的逻辑控制功能，译码信号作为外扩存储器控制信号。

选用ALTERA-p.htm target=_blank title=ALTERA货源和PDF资料>ALTERA公司的ACEX1K30芯片，是一种片上可编程系统（SOPC）单芯片，具有很高的密度，典型逻辑门达到1万到10万门，工作频率可达250MHz，很低的电源功耗，具有丰富的可编程I/O引脚，能够以2.5V、3.3V、5V等多种电压驱动或被驱动，使用方便灵活。
2.3 CPLD控制单元

CPLD控制单元的主要功能是控制和协调DSP和ADC之间的数据及控制信号的传送和处理，同时与背板通过VME总线进行通讯。

CPLD选用Altera公司的EPM7128AE一144型号PLD器件。3．3V 电源供电；工作频率高达227．3MHz；可编程调节的芯片管脚。

2.4 模数转换单元

A/D单元将采集的电源状态的模拟信号转化为数字信号，送入DSP主处理器，与给定的电源数字量比较，通过PID算法调整数据，决定PWM的宽度。

AD公司的AD7655芯片，具有4通道16位转换率精度；两个跟踪保持放大器；没有传输延迟；模拟输出电压范围0―5V；并行/串行5V/3V数据接口，与DSP接口兼容；单电源5V供电，正常模式下1MSPS数据吞吐率。

3、 软件设计

设计中系统软件采用模块化设计思想，包括DSP系统控制程序、PID控制算法程序以及采用VHDL语言编写的数字PWM程序和背板接口程序。DSP芯片的软件需要代码生成工具和代码调试工具。生成工具是将用高级语言编写的DSP程序转化为可执行的DSP芯片目标代码程序。软件开发基于TI公司的CCStudio，它提供图形化的编辑、编译、汇编、连接和调试环境以及友好熟悉的操作界面。利用CCS能够加快软件开发周期，提高效率。

DSP系统初始化完成对电源控制模块电路的初始化和DSP工作模式选择、相关的寄存器初始化、ADC初始化、指定接收数据缓冲区地址、串行口和主机口的初始化等。控制器算法的设计是系统的关键，它的性能如何直接影响电源的性能指标。本系统采用了常规PID算法加PWM前馈的控制方案，构成复合控制来缩短系统的调节时间。

用VHDL实现FPGA和CPLD的内部逻辑实现，VHDL是用来描述从抽象到具体硬件级别的工业标准语言，已经成为统一的硬件设计工具。VHDL其设计方法的灵活性、可移植性都非常好，对设计的仿真方面同图形化硬件描述方法一样都很优秀，设计效率在大规模设计时明显优于原理图设计。控制系统中FPGA主要完成数字PWM波的生成，而CPLD主要是完成上位机与下位机DSP之间的高速数据通讯，使用DSP的主机口来实现。