国产32位DSP完美替换TMS32成功实现电动滑板车的永磁电机控制

时间： 2018-04-27 来源：世强

技术问答

在很多电机控制应用场合中，目前很多国内的产品也体现出较高的性能优势。本文结合作者自身使用TI产品TMS320F28035的项目经验，针对进芯电子的32位DSP芯片ADP32F03的可替代性以及优势展开分析讨论。

笔者在做电机控制时，其中有一个电动滑板车项目中用到了TI的TMS320F28035PAG，引脚64PIN，封装为TQFP。项目需求是实现电动滑板车上的永磁电机的控制，母线电压为48V，锂电池供电，功率为200W，采用转速控制，带有各种完善的保护机制。

笔者的项目大致需求情况如下：

（1）控制环节。PWM的频率为16KHz，也就是定时器每隔62.5μs执行一次电机控制算法。

（2）电流/电压采样与保护环节。在电机控制中，一方面，触发ADC转换来执行电流/电压采样的时机非常地重要，不能够让ADC工作在持续转换模式，这样采出的电流谐波非常多（肉眼可见明显区别），而应该利用每次触发定时器中断的事件去触发ADC采样；另一方面，事件捕获单元eCAP主要用作捕获过流信号，及时封锁PWM输出同时进入最高优先级的中断函数。

（3）转子位置角获取环节。永磁电机另一反馈的要素就是转子的位置角，笔者的做了从模型获取和从光编获取两种接口。

（4）多样化的辅助调试接口。除了上述的必要控制与反馈，辅助调试的手段也是缩短开发周期的重要环节。笔者根据现场情况喜欢采用CAN或者UART作为调试电流转速响应波形的外设接口；在设计控制界面的时候，再多的按键和LED数码管也只需用4个引脚的标准SPI接口搞定。当然也会有些其他应用场合需要USB，或者第二路SPI作为Bootloder更新固件的接口，有需要也可以预留出。

整体的设计方案框图如下图所示：

图1 整体方案框图

详细设计方案为：选用耐压100V的MOSFET作为三相全桥主电路，采用非隔离的电荷泵预驱动芯片进行MOSFET的驱动。采用各相下桥臂以及母线串联采样电阻进行相电流采样，采样电流经带有直流偏置的高速运算放大器输入至TMS320F28035的ADC中。同时对反电势进行过零检测设计，母线同样需要进行过电压/欠电压检测。驱动电源采用BUCK型DC-DC芯片，电压输出设计为15V，母线电压允许在弱磁调速骤停时上升至60V。

然而由于中美贸易战日益激烈，笔者近日发现TMS320F28035供货日益紧张，我们自己屯的库存也渐渐跟不上需求。因此笔者也在积极地寻求可以完美替代的国产芯片。最后，笔者在世强的官网找到了ADP32F03，仔细阅读使用手册之后，发现这款芯片确实是一块能够用来替代TI产品的良心国产芯片！

ADP32F03也可以用CCS开发环境进行编译开发，这对用惯了TI产品的工程师来说是个很好的优势。支持JTAG仿真，在前期的底层调试的时候，能够节省不少调试时间。标准的产品特征还是由datasheet来强调，笔者挑用于电机控制较为突出的几个方面进行着重地评估一下。

关于ADP32F03可以替代TMS320F28035的理由有以下几点：

（1）高主频。与TMS320F28035的60MHz主频相比，ADP32F03的120MHz主频能够进一步缩短电机的控制周期，在一些电感量较小的电机上，能保证电流环被稳定地控制住。

（2）两个专门用于电机控制的事件管理器。虽然与TMS320F28035一样，只有一个正交编码输入，但如果电机采用无位置传感器控制，那么ADP32F03也可以独立控制两个电机的运行，从通用性上来看，这一点不比TMS320F28035弱。（只是笔者在阅读到datasheet的这一节的时候存在一些疑问，也许各位仔细的工程师也已注意到这个问题，所以笔者已在世强官网上提问，文章发出后笔者会在评论区贴出提问链接）。同样必不可少的一点是EM1能够通过事件触发ADC采样，保证了在下管导通的时候采到正确的电流值。

（3）ADC的转换时间短。TMS320F28035的ADC的转换时间在datasheet中没有明显的注明，但在官方出的PPT的产品参数中，也就是图7中，明确表示ADC的转换时间是217ns。而ADP32F03的数据手册明确表示ADC的转换时间仅需80ns，转换速度是TMS320F28035的2.5倍以上。

（4）多样化的外设接口。ADP32F03同样具有一个速率高达1Mbps支持低功耗的CAN接口。至于比TMS320F28035少一路SPI接口，多一路SCI（兼容UART）接口这一点，从可行性角度去分析，笔者只需在自己的方案中将更新固件的接口方式从SPI改成串口即可。同样可以保证一路SPI用作面板的控制，一路串口用作数据的调试。

（5）电气特性参数。有两点相比，ADP32F03更占优势，一点是ESD的人体模式，该芯片能多扛±2000V的耐压。另一点就是结温做的更低，能够在更寒冷的环境中运行。

除了以上的优势，还有一点值得一提，就是该芯片有符合军品级的产品线。这一点很重要，如果是做军品级的产品用到了国外的芯片，那么国外的厂商一般都会卡的很紧，而用我们自己符合等级要求的国产芯片就无需担心供货渠道和周期的问题。

通过上述分析，两者也均为80PIN芯片，用ADP32F03替换TI DSP极具可行性。不过在对比过两者80PIN的芯片后，发现无法PIN-TO-PIN兼容，因此如果有工程师想要替换掉自己用TMS320F28035设计的电机控制器，重新设计控制板以及测试芯片性能的步骤依然还是必不可少的。

ADP32F03 引脚分布图

TMS320F28035引脚分布图

最后，欢迎大家对本文提出批评和指正意见。谢谢！

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 26
| 转发至：

本文由坚栋提供，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。

全部评论（26）

用户36825132 Lv4 2018-06-20

电机控制ADC采样怎么能用定时器触发呢？另外 eCAP功能是测速并不是采样过流啊
- 用户36825132_世强回复： 1、定时器触发ADC这个过程叫做事件(event)，完全是由硬件自动触发。配置定时器触发ADC的这个外设叫做PIE，就是中断触发向量表。通过X事件触发Y事件，相关数据手册有详尽描述。　　2、无论是哪种capture功能，目的都是为了捕获上升或者下降沿信号。一方面先回答采样过流的问题：当电机过流，会对三相桥造成损害，需要判断过流的时间越短越好，即使在16KHz的电流环中，如果通过每个周期采样电流，软件再判断是否过流的话，62.5us的时间依然会烧坏管子。所以在硬件设计的时候通过差分电阻采样出电流再放大后通过高速比较电路直接输出一个电平信号。当过流时，比较电路会产生一个下降沿。eCAP模块通过捕获这个下降沿，用硬件触发，使PWM的Disable掉。当然芯片设计的初衷以及厂家推广的方案里是用TZ1引脚作为过流的触发信号，这个本身在ePWM里就有，笔者由于其他考量用了eCAP作为沿捕获。另一方面再回答下测速应该用什么：电机的测速装置一般用光电编码器ABZ信号或者霍尔传感器UVW信号，要把方案做到极致，无论是光编还是霍尔，至少要三路输入。而在数据手册里写得清清楚楚，eCAP只有1路输入，所以如果用这路输入做测速，那么效果是极其不理想的（要达到三路输入的效果，会有很多时间花在计算上，会浪费内核资源）。因此应该用的是eQEP这个外设用来做测速的输入。建议提问的同学去了解一下正交编码的原理，以加深对eQEP的理解。不再赘述。建议多读读数据手册，或者在网上多找一些官方的源码方案。
  查看全部2条回复
火锅工程师 Lv7. 资深专家 2019-05-02

不错
小逆变 Lv5. 技术专家 2018-12-27

是纯国产的吗？
古月工 Lv8. 研究员 2018-12-25

学习
z24656 Lv6. 高级专家 2018-12-19

学习

电子界的搬运工 Lv6. 高级专家 2018-12-09

不错
痕迹 Lv5. 技术专家 2018-12-08

常值得学习！
aran Lv7. 资深专家 2018-12-01

非常值得学习！
鄗立恒 Lv8. 研究员 2018-11-28

学习了
眼神与天空 Lv6. 高级专家 2018-11-20

学习

展开更多评论

国产DSP芯片ADP32F03替代TI TMS320F28034可行性对比分析

ADP32F03是由进芯推出一款国产DSP，所有外设、开发平台及软件兼容TI的TMS320F的DSP，本文针对ADP32F03替代TMS320F28034进行资源对比分析。分析可得ADP32F03绝大部份兼容TMS320F28034，并且多项性能超过当前性能的50%，资源也更多。在TMS320F28034的主要应用中（如：数字电源、数字电机等），ADP32F03可轻松替代TMS320F28034。

器件选型发布时间 : 2018-11-27

国产32位定点DSP ADP32F12 替换 TI的TMS320F2812 的优势分析

从2017年开始TI的一些TMS32 DSP芯片严重缺货且涨价严重，世强推荐国产进芯（Advancechip）32位DSP ADP32进行替换。进芯电子是国内唯一可批量供货的32位工业控制DSP芯片设计专家，32位单核心DSP架构且完全拥有自主知识产权，按照军用元器件质量标准进行设计的工业级电路，可为客户定制SoC芯片开发和嵌入式系统方案。

器件选型发布时间 : 2019-08-02

【选型】变频器上DSP推荐国产ADP32F034QP80S，丰富外设功能降低系统成本

变频器通常需要采用高性能的数字信号处理器DSP来做其主控制器，该控制器的处理速度、功耗、资源对变频器来说，是比较重要的考虑因素。笔者推荐国产进芯电子（Advancechip）的DSP ADP32F034QP80S。

器件选型发布时间 : 2022-03-25

研讨会2024高算力SOC/MCU新技术研讨会

描述- 9月26日直播，带来SOC，DSP，MCU，AFE，IMU等高算力及周边产品，分享在机器人，多模态感知，AI，低空无人机，自动驾驶，视觉惯性里程计，微型逆变器，光伏储能，智慧医疗，数字健康，光模块等领域应用，点击了解报名

活动发布时间 : 2024-07-04

与时俱”进”· 持续创“芯” 进芯电子 · DSP芯片设计专家

型号- ADM16F03A,ADM32F035B,ADP32F12,AVP32F00157,ADP32F10,AVP32F069,AVP32F335,AVP32F0025,AVP32F0039,ADP32F035,ADP32F036,AVP32F0049,ADP16F03,ADP16F02,ADP16F01,ADP32F035B,AVP32F379D,AVP32F08,ADP32F08,ADP32F034,ADM16F03A2,ADM16F03A1

商品及供应商介绍 - ADVANCECHIP - 2024年4月 PDF 中文下载

Advancechip（进芯电子）DSP数字信号处理器选型指南

目录- 公司简介数字信号处理器DSP 数字信号处理器应用案例

型号- ADP32X,ADP32F4408系列,ADP32F12,ADP32F10,ADP16X,AVP32F335,ADP32F03X,ADP32,ADP32F035B,AVP32F08,ADP32F08,ADP32X+FPU,ADP32F03X系列,ADP32F1X,ADM16X 系列,ADP32F04,ADP32FX,AVP32,AVP32F069,AVP32F335QP176S,AVP32F335QP176S1,AVP32F335BA176S,DM16X,ADP32FXM-CU,ADP32F035,ADP16F03,ADP16F02,ADP16F01,ADP32F4408,ADP16F06,ADP32F04系列,ADM16F01,ADP32F034

选型指南 - ADVANCECHIP - 2022/12/6 PDF 中文下载

湖南进芯电子科技有限公司（ADVANCECHIP）成立于2012年10月，是专业从事数字信号处理芯片研发的高科技企业。公司主要产品为集成电路芯片、电路模块、嵌入式电子系统的硬件和软件，主要应用于工业智能、物联网、电源管理、智能家居等电子信息领域。

16位定点DSP 32位定点DSP 32位浮点DSP

授权代理商 - 世强先进（深圳）科技股份有限公司线上商城技术资料

展开

Advancechip（进芯电子）汽车级数字信号处理器芯片(DSP)选型指南

描述- 进芯电子是专业从事数字信号处理器芯片(DSP)及嵌入式解决方案研发的集成电路设计企业。公司拥有先进的软硬件设计平台和专业化的高素质DSP设计团队，掌握DSP内核设计技术、编译技术、SoC大规模数字集成技术,核心驱动算法等核心技术,并推出16位定点、32位定点和32位浮点三大系列产品。凭借丰富的产品和卓越的性能,产品已被广泛应用于新能源汽车、智能工业、消费电子等领域。作为国内领先的DSP设计企业，进芯电子致力于发展DSP核心技术，为客户提供安全可靠、高效可用的DSP产品、解决方案和配套服务。

型号- AVP32F0049Q,ADP16F03Q,ADM16F03A2Q,ADM16F03A1Q,ADM32F735EQ,ADM32F735DQ,AVP32F069Q,ADP32F036Q,ADP32F035Q,AVP32F335Q,AVP32F379Q,ADM32F035Q,ADM32F036Q,AVP32F08Q,ADP32F035BQ,AVP32F0039Q

选型指南 - ADVANCECHIP - 2024/05 PDF 中文下载

【经验】国产32位浮点DSP AVP32F335替换TI TMS320F28335时不能正常下载程序的解决办法

进芯电子发布的32位浮点DSP AVP32F335，在电源、伺服、变频领域有广泛应用，并且可pin2pin兼容替换TI的TMS320F28335，开发环境也可以采用TI的CCS。但是一些用户在拿到样品并替换后，发现下载程序错误，提示“***.out Load Failed.“，本文介绍该问题的解决办法。

设计经验发布时间 : 2020-12-02

ADP32F03XB 数字信号处理器数据手册

型号- ADP32F03XBQP80S,ADP32F03XB,ADP32F035B,ADP32F034B

数据手册 - ADVANCECHIP - V1.1 - 2023-09-15 PDF 中文下载

进芯（ADAVANCECHIP）32位浮点DSP全国首发，填补国产DSP空白——世强硬创沙龙2019

型号- ADP32F04,AVP32VC33,ADP32F03,ADP32FX,ADP32F12,LCD12864,ADP08F32,ADP16,AVP32,ADP32F10,AVP32F335,AVP32F33X,ADP32F03X,ADP32F4408,LCD1602,ADP32,ADP16F06,ADP16F,ADP32F08,ADP16F0X

培训文档-商品应用及供应商介绍 - ADVANCECHIP PDF 中文下载