基于Matlab的TMS320LF2407程序快速設計
關鍵詞 數(shù)字信號處理 Matlab Embedded Target for TI C2000 工具箱 FIR濾波器
TMS320LF2407是TI公司主推的一種高性能、低價格DSP處理器，其處理速度達到30 MIPS，片內(nèi)處理集成RAM、Flash及定時器外，還集成了A/D轉(zhuǎn)換器、PWM控制器及CAN總線控制器等模塊，特別適合于電機、電源變換等實時要求高的控制系統(tǒng)。但是通常設計DSP程序的方法是，在DSP的集成開發(fā)環(huán)境CCS中用C語言設計，需要花費大量的時間用來編寫和輸入程序代碼。在Matlab中用圖形化的方式設計DSP的程序，能夠縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。
1 Embedded Target for T1 C2000 DSP介紹
目前，新版本的Matlab軟件(Matlab7.O)已經(jīng)集成了TI公司C2000、C5000、C6000系列DSP的開發(fā)工具包，可在Matlab/Simulink環(huán)境中用圖形化的方式進行DSP的設計及仿真驗證。并能將設計的圖形文件(．mdl)直接轉(zhuǎn)換成C語言程序。其中C2000系列的開發(fā)工具是EmbeddedTarget for TI C2000 DSP。該工具包是TI公司與Math—Works公司共同開發(fā)的產(chǎn)品，在Matlab/Simulink中嵌入了eXpressDSP工具箱，支持C24x及C28x系列的DSP處理器。在C24x系列DSP工具箱中，包含DSP處理器中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)、CAN發(fā)送及接收、PWM控制等模塊。用戶可以在Matlab中調(diào)用這些圖形化的功能模塊及Simulik中的其他模塊建立數(shù)字信號處理的模型，并可以對模型進行仿真驗證，然后生成TMS320C2000的C語言代碼及CCS的工程項目文件，在CCS中經(jīng)修改、編譯后就可以下載到DSP目標板中運行。
2 ADC轉(zhuǎn)換及FIR濾波處理程序的設計
以下是用Embedded target for TI C2000工具包設計ADC轉(zhuǎn)換及FIR濾波的步驟。
步驟1，在新建的Simulink文件(.mdl)中，放入C2000 Target Preferences中的LF2407 eZdsp功能塊，用于參數(shù)的初始化設置。對話框設置如圖1所示。其中DSP定時器的時鐘比例因子(Timer Clock Prescaler)，可以選擇I～128，則相應的定時器采樣時間為：
式中Timer Period是DSP的最大時鐘計數(shù)周期，LF2407是16位定點處理器，所以Timer Period數(shù)是216-1。圖1中設定的Timer Clock Prescaler數(shù)值是2，當LF2407的工作頻率(CPU Clock Speed)為40MHz時，由上式計算出的定數(shù)器的采樣時間是0.003 2 S。由于數(shù)據(jù)處理需要占用一定的運行時間，所以要通過試驗選擇適當?shù)亩〞r器采樣時間。
實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的功能塊是C24x ADC，其參數(shù)設置如圖2所示。A/D轉(zhuǎn)換通道可以選擇模塊A、B中的任一個通道，也可以選擇多個通道，A/D轉(zhuǎn)換的采樣時間設置為64/80 000。
步驟2，設計FIR濾波器。在Simulink的信號處理工具箱(Signal Processing Bloekset)中，將濾波器設計專用工具(FDAToo1)放入文件中，雙擊圖符，彈出圖3所示的濾波器設計對話框。
在圖3中，選擇濾波器類型為FIR低通濾波器，采樣頻率為6kHz，低通頻率為1kHz，截至頻率為2 kHz。先點擊對話框中的Design Filter，然后再點擊圖3中實現(xiàn)模型(Realize Model)圖標進入模型實現(xiàn)對話框，選擇Over-write generated“filter”block，則在設計框圖中生成一個名稱為“Filter”的FIR濾波器的功能框圖，再將原先放入的FDATool圖標刪除，將Filter連接到圖中，完成的設計如圖4所示。
圖4中添加的增益模塊(Gain)是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換。由于ADC轉(zhuǎn)換輸出的是16位整型數(shù)據(jù)，而濾波器的輸入需要雙精度浮點數(shù)據(jù)，因此Gain的數(shù)據(jù)類型參數(shù)(Signal datatypes)設為float(“double”)。Gainl是將浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為整型數(shù)，因此數(shù)據(jù)類型參數(shù)設為uint(16)。圖4中添加寄存器(C24x To Memory)模塊是為了使設計完整。在生成的C程序中，增益模塊Gainl的輸出是rth-Gainl，可被其他應用程序調(diào)用。
步驟3，將圖形文件生成C程序。在圖4中，運行Simulation菜單下的Configuration Parameters項，彈出配置對話框，選擇其中的Real-Time WorkShop項，點擊Build按鈕，則將圖4的框圖轉(zhuǎn)化為TI C2000DSP的C語言代碼，并自動調(diào)用CCS2軟件編譯運行該程序。生成的C語言程序包括：中斷向量文件vectors．a(chǎn)sm、中斷服務程序MW_c24xx_csl．C、ADC轉(zhuǎn)換控制testADC．c、主程序TestADC_main．c等。
3 修改及完善程序
由Matlab直接生成的程序能夠?qū)崿F(xiàn)ADC轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波功能，但是由于程序中使用了許多缺省設置，在運行過程中還存在一些問題。用上述方法生成的程序中，中斷處理程序中只對定時器中斷進行處理。當由于干擾信號引起其他中斷時，會造成DSP停機，因此要在中斷向量定義無效中斷(_nothing)，并在中斷響應程序中添加中斷服務程序。修改后的程序中，斜體部分是修改的代碼。修改程序如下：
中斷向量文件vectors．a(chǎn)sm：
在ADC轉(zhuǎn)換處理程序中，每次ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后沒有復位DSP的排序器指針。雖然程序中設定的是只進行一個通道的A/D轉(zhuǎn)換，但結(jié)果卻是16個通道的循環(huán)轉(zhuǎn)換，造成數(shù)字濾波器的輸人數(shù)據(jù)不正確，因此程序要作修改，在testadc_c中添加：
TestADC_B.C24xADC=MMREGS[RESULT0]>>6；/*A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果右移6位*/
MMREGS[ArN2TRL2]=MMREGS[ADCTRL2]l0X4242；/*復位排序器指針并清除A/D中斷標志*/
如果需要通過t/o端口輸出結(jié)果，則可以在testadc_c中定義一個I/o(portl00)，然后將FIR濾波后的數(shù)據(jù)rtb-Gainl輸出，程序如下：
4 試驗結(jié)果及結(jié)論
由上述方法設計的程序在TMS3201LF2407A處理器上能正常運行。試驗結(jié)果證明，采用FIR濾波后，ADC轉(zhuǎn)換的抗干擾能力有了明顯的提高。用Matlab快速建立TI DSP模型及直接生成C語言程序的方法，簡化了DSP軟件的開發(fā)。在Embedded target for TI C2000工具箱中還包含其他工具，如PWM控制、CAN總線控制及通用I/O控制等。利用這些工具與Simulink中的其他工具相結(jié)合，能夠完成復雜功能的DSP程序設計，并且只需進行少量的修改，就可以實現(xiàn)功能正確的C語言程序的設計，節(jié)省程序的編寫及輸入時間。
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