【应用】采用进芯电子的ADP32F035QP80S芯片的控制律加速器CLA提高数字BUCK电源的运算速度
笔者参与研发的太阳能供电的金属管道阴极保护恒电位仪，采用的是数字BUCK电源。数字BUCK电源的主控制芯片需要在一个采样周期内电流内环和恒电位外环的双闭环PID浮点运算，主控制芯片需要较高的运算能力。本产品选用的是湖南进芯电子的ADP32F035QP80S数字信号处理器芯片。
湖南进芯电子的ADP32F035QP80S集成一个32位主CPU，最高主频60MHz，还集成有16通道ADC，14通道PWM，及CAN，SCI，SPI等通信接口。尽管ADP32F035QP80S的主CPU是一个定点处理器，没有硬件浮点运算功能，不能实现单周期指令的浮点运算，但是ADP32F035QP80S具有一个控制律加速器CLA，它独立于主CPU，与主CPU同主频并行工作，具有硬件浮点运算功能，能够实现单周期指令浮点运算，因此，ADP32F035QP80S相当于是一个“双核”处理器，主CPU可用于逻辑控制及状态转换等功能，CLA可用于数字电源的双闭环PID浮点运算。如图1所示为ADP32F035QP80S的CLA功能框图。
图1 ADP32F035QP80S的CLA功能框图
本恒电位仪采用的数字BUCK电源方案是，数字信号处理器ADP32F035QP80S实时采集输出电压，参考电位和输出电流等参数，100KHz开关频率，在一个开关周期（10µs）内完成采样数据滤波计算，双闭环PID浮点运算，更新PWM寄存器，下一个周期PWM输出占空比更新，PWM输出驱动BUCK的上下MOSFET开关管，从而实现恒电流或者恒电位输出。如图2所示数字BUCK电源的功能框图。
图2 数字BUCK电源的功能框图
ADP32F035QP80S的软件设计中，主CPU主要执行状态管理，数据通信，人机交互，故障管理等程序，CLA负责执行数据滤波运算，PID运算等。具体的程序流程图如图3和4所示。
图3 数字BUCK电源主程序流程图
图4 数字BUCK电源PID运算程序流程图
CLA任务1的执行流程是：PWM发生器新的计数周期开始，触发ADC转换，ADC转换完成触发CLA任务1开始执行，CLA任务1执行相应的运算程序，然后更新PWM寄存器，CLA任务1执行完成触发主CPU中断，主CPU在中断子程序中进行相应的状态管理。CLA任务1的执行流程完全独立于主CPU的主程序运行，其一个运算周期大约6µs，在一个开关周期10µs中能够运算完成，数字BUCK电源逐周期更新占空比，其动态性能表现非常好。
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