СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-9

В ряде современных приложений для встроенных систем управления ре ального времени, наряду с задачами управления, возникает необходимость в обработке сигналов, снимаемых с датчиков, и/или проведении сложных математических расчётов в предопре делённые по длительности промежут ки времени. Характерными примерами подоб ных приложений являются скалярные и векторные технологии управления вращением электродвигателей под пе ременной нагрузкой. От платформы встроенной системы здесь требуются быстрый отклик на прерывания, воз можность сбора и обработки данных в широком динамическом диапазоне значений, быстрое проведение мате матических расчётов, в т.ч. на основе алгоритмов цифровой обработки сиг налов (ЦОС), в реальном масштабе времени и широкий набор перифе рийных устройств с цифровым и ана логовым входами/выходами. В систему управления современным приводом трёхфазного электродвига теля закладывается не только матема тическая модель двигателя для прове дения необходимых расчётов, но и об работка данных с датчиков тока фаз статора двигателя. Если же скорость вращения вала изменяется в широких пределах, необходима высокая точ ность поддержания скорости враще ния/позиционирования вала или тре буется управление моментом на валу на очень низких частотах вращения, то применяют методы векторного управления с обратной связью по ско рости, что требует обработки данных, снимаемых с датчика скорости на валу двигателя. В [1] упоминается 11 задач, которые должна решать система управления преобразователем частоты – основ ным элементом современных элек троприводов переменного тока. В их числе такие многоплановые и ресур соёмкие, как реализация различных ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2011 методов управления электродвигате лем и методов формирования выход ного напряжения, приём и обработка информации с датчиков, взаимодей ствие с системой автоматизации верх него уровня и обеспечение интерфей са с пользователем. В связи с многообразием задач, кото рые должны решать подобные систе мы управления, аналоговые схемотех нические решения для обработки сиг налов в режиме реального времени всё чаще заменяют более гибкими цифро выми программируемыми подсисте мами. Цифровые системы позволяют модифицировать алгоритмы управ ления в процессе разработки и экс плуатации, реализовывать процедуры автоматической калибровки; цифро вые платформы не подвержены влия нию температурных и временных уходов. Кроме того, нет альтернативы цифровой системе для реализации алгоритмов расчётов на основе мате матической модели оборудования. В качестве аппаратной платформы в подобных приложениях (управление сервоприводами, коррекция коэффи циента мощности, управление преоб разователями в системах генерации энергии на основе возобновляемых источников) часто используются мик росхемы, с некоторых пор получив шие название цифровых сигнальных микроконтроллеров (Digital Signal Controllers, ЦСМ). Это – относительно новый класс вычислительных плат форм уровня микросхемы со стои мостью в диапазоне от полутора до нескольких десятков долларов США. Их отличительной особенностью яв ляется сочетание достоинств микро контроллера (МК) и цифрового про цессора обработки сигналов (ЦПОС). Отмикроконтроллеров вконструкци яхЦСМунаследованывысокаяинтегра ция подсистем, упрощающая создание законченной аппаратной платформы, приспособленность архитектуры к вы полнению функций управления веду щегоприложения,широкие возможнос ти использования высокоуровневых языковпрограммирования (прежде все го C) и компактность кода при написа нииприложенийуправления. (Всравне ниисмикроконтроллером, ЦПОСдоне давнеговременипроигрывал в удобстве программирования, а фрагменты кода, написанные дляподдержкилогических переходов и операций ввода/вывода, превосходили по своему объёму функ циональные аналоги для МК.) От цифровых процессоров обработ ки сигналов ЦСМ взяли технологии цифровойобработки сигналов (ЦОС) в режиме реального времени прималом энергопотреблении. Это достигается за счёт специализированных узлов, ти пичным примером которых является модуль MAC (умножение с накоплени ем), разделения памяти инструкций и памятиданных (гарвардская архитекту ра или усовершенствованная гарвард ская архитектура), специальных приё мов адресации. Следует отметить, что поставщики ЦСМ стремятся упростить использова ние нового класса микросхем теми разработчикам, которые ранее специ ализировались в области МК или ЦПОС. С этой целью обеспечивается преемственность инструментария для разработки приложений, предлагают ся программные библиотеки, реализу ющие стандартные алгоритмы (напри мер, общеупотребительные коммуни кационные протоколы или типовые алгоритмы ЦОС) и некоторые специ альные возможности, что позволяет достаточно быстро освоить новые платформы и сделать первую итера цию в написании приложения. В качестве примеров можно упомя нуть сквозную применимость инстру ментария компаний Microchip и Texas Instrument (TI). У первой – это интег рированная среда разработки (IDE) MPLAB; TI предлагает использовать для разработки приложений для своих ЦСМ семейства С28х универсальную IDE для ЦПОС Code Composer Studio. Говоря о программной поддержке ЦСМ от TI, следует упомянуть библио теку IQ Math Library, представляющую собой набор оптимизированных ма Микроконтроллерные платформы для приложений реального времени Николай Кольский (Москва) Статья посвящена концепции цифровых сигнальных микроконтроллеров, предлагаемых ведущими мировыми производителями. © СТА-ПРЕСС