TMS320F28035 基礎(chǔ)知識

　　TMS320F28035 是一款由德州儀器（Texas Instruments, 簡稱 TI）推出的高性能數(shù)字信號控制器（Digital Signal Controller, 簡稱 DSC），隸屬于其 C2000 系列微控制器家族。這款芯片專門針對對實時控制、高精度計算和集成度有嚴格要求的應(yīng)用而設(shè)計。它巧妙地將微控制器（MCU）的控制能力與數(shù)字信號處理器（DSP）的強大計算能力融合在一起，使得工程師能夠在一個單一芯片上實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和信號處理任務(wù)，極大地簡化了系統(tǒng)設(shè)計、降低了成本并提高了系統(tǒng)性能。

　　1. TMS320F28035 的定位與特點

　　TMS320F28035 在 C2000 系列中屬于 Piccolo 微控制器家族，這個家族的特點是高集成度、低功耗、成本效益高，同時保持了 C2000 系列固有的卓越實時控制性能。Piccolo 系列的設(shè)計旨在滿足那些需要高性能控制但又對成本和尺寸敏感的應(yīng)用需求。

　　其核心特點包括：

　　高性能控制： TMS320F28035 內(nèi)部集成了高性能的 32 位浮點 CPU（C28x 內(nèi)核），主頻可達 60 MHz，具備單周期乘法累加（MAC）指令，以及對浮點運算的硬件支持。這使得它能夠高效地執(zhí)行復(fù)雜的控制算法，如磁場定向控制（FOC）、比例積分微分（PID）控制、卡爾曼濾波等。浮點運算能力對于高精度控制系統(tǒng)至關(guān)重要，它避免了定點運算中可能出現(xiàn)的精度損失和復(fù)雜的比例因子管理。

　　豐富的片上外設(shè)： 該芯片集成了種類繁多的高性能外設(shè)，這些外設(shè)是實現(xiàn)實時控制的關(guān)鍵。例如，高分辨率脈寬調(diào)制（ePWM）模塊提供了精密的PWM波形生成能力，支持死區(qū)控制、事件觸發(fā)、可編程輸出等功能，這對于電機控制、電源管理等應(yīng)用至關(guān)重要。增強型正交編碼器脈沖（eQEP）模塊則用于精確測量旋轉(zhuǎn)位置和速度。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）具有高速、高分辨率的特點，能夠快速準確地采集模擬信號。此外，還有多通道的事件管理器（EVA/EVB）、通用輸入/輸出（GPIO）、串行通信接口（SCI、SPI、I2C）、CAN 總線控制器等，為各種應(yīng)用場景提供了靈活的連接和控制選項。

　　低功耗設(shè)計： Piccolo 系列注重低功耗，TMS320F28035 也不例外。它提供了多種低功耗模式，允許系統(tǒng)在空閑或待機時降低功耗，從而延長電池壽命或減少能源消耗。

　　高集成度： 將 CPU、內(nèi)存、多種外設(shè)以及模擬功能集成在單一芯片上，大大簡化了電路板設(shè)計，降低了系統(tǒng)成本和尺寸，并提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　C2000 統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境： TMS320F28035 共享 C2000 系列的統(tǒng)一開發(fā)工具鏈，包括 Code Composer Studio (CCS) 集成開發(fā)環(huán)境、C/C++ 編譯器、實時操作系統(tǒng)（RTOS）支持、各種庫函數(shù)和例程。這大大縮短了開發(fā)周期，降低了學(xué)習(xí)曲線。

　　安全性與可靠性： 部分型號提供片上閃存錯誤校正碼（ECC）功能，增強了代碼的可靠性。同時，其設(shè)計也考慮了工業(yè)應(yīng)用的嚴苛環(huán)境要求。

　　2. TMS320F28035 核心架構(gòu)

　　了解 TMS320F28035 的內(nèi)部架構(gòu)對于充分發(fā)揮其性能至關(guān)重要。

　　2.1 CPU 內(nèi)核：C28x CPU

　　TMS320F28035 采用增強型 32 位 C28x CPU 內(nèi)核，這是一款專門為控制應(yīng)用優(yōu)化的 RISC（精簡指令集計算機）處理器。

　　高性能與效率： C28x 內(nèi)核采用流水線架構(gòu)，支持單周期指令執(zhí)行。其指令集包含了豐富的算術(shù)、邏輯、移位、分支和位操作指令。尤其值得一提的是，它支持硬件浮點運算單元（FPU），可以直接執(zhí)行單精度浮點運算，無需軟件仿真，這對于需要高精度計算的電機控制、電力電子等應(yīng)用而言，是性能的關(guān)鍵保障。

　　內(nèi)存訪問： C28x CPU 擁有獨立的數(shù)據(jù)總線和程序總線（哈佛架構(gòu)），允許同時進行指令取指和數(shù)據(jù)訪問，從而提高吞吐量。

　　中斷處理： 擁有快速、可嵌套的中斷機制，能夠?qū)崟r事件做出及時響應(yīng)，這對于工業(yè)控制應(yīng)用至關(guān)重要。

　　2.2 內(nèi)存子系統(tǒng)

　　TMS320F28035 具有混合的片上存儲器，包括閃存（Flash）、SRAM（靜態(tài)隨機存取存儲器）和 OTP（一次性可編程）存儲器。

　　閃存（Flash）： 用于存儲程序代碼和常量數(shù)據(jù)。TMS320F28035 通常內(nèi)置較大容量的閃存（例如 64KB 或 128KB），支持在線編程（In-System Programming, ISP），方便固件更新。閃存具有非易失性，即使斷電數(shù)據(jù)也不會丟失。

　　SRAM： 用于存儲程序變量、堆棧和運行時數(shù)據(jù)。SRAM 讀寫速度快，是 CPU 運行的理想工作區(qū)域。TMS320F28035 集成了不同大小的 SRAM 塊，分為 SARAM（單訪問 SRAM）和 DARAM（雙訪問 SRAM）。DARAM 允許 CPU 和 DMA（直接內(nèi)存訪問）同時訪問，提高數(shù)據(jù)吞吐量。

　　OTP（One-Time Programmable）ROM： 小容量的一次性可編程存儲器，通常用于存儲安全密鑰、設(shè)備序列號或其他需要永久固化的配置信息。

　　引導(dǎo) ROM（Boot ROM）： 包含了芯片上電后的引導(dǎo)加載程序，支持多種引導(dǎo)模式（如 SCI、SPI、CAN 或并行接口），允許通過外部接口下載程序到閃存中。

　　2.3 外設(shè)接口

　　TMS320F28035 的強大之處在于其豐富而靈活的片上外設(shè)，它們是實現(xiàn)各種控制功能的基石。

　　增強型脈寬調(diào)制（ePWM）模塊： TMS320F28035 具有多個獨立的 ePWM 模塊（例如 6 路 ePWM），每個模塊都能生成高質(zhì)量的 PWM 波形。這些模塊功能極其強大，支持多種操作模式（如向上計數(shù)、向下計數(shù)、增減計數(shù)）、死區(qū)發(fā)生器（用于驅(qū)動半橋或全橋電路）、事件觸發(fā)（用于同步 ADC 轉(zhuǎn)換）、錯誤保護機制等。它們是電機控制、開關(guān)電源、逆變器等應(yīng)用的核心。

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）： 高速 12 位 ADC，通常配置有多個輸入通道（例如 16 路），支持單次轉(zhuǎn)換、序列轉(zhuǎn)換、事件觸發(fā)轉(zhuǎn)換等多種模式。其高速采樣能力對于實時反饋控制至關(guān)重要，例如電流、電壓的采集。

　　增強型正交編碼器脈沖（eQEP）模塊： 用于接口正交編碼器，精確測量旋轉(zhuǎn)角度、速度和方向。在伺服控制、機器人等應(yīng)用中不可或缺。

　　增強型捕捉（eCAP）模塊： 用于精確測量外部事件的時間間隔、脈沖寬度或頻率。常用于測量輸入信號的周期或占空比，或作為通用定時器/計數(shù)器。

　　串行通信接口：

　　SCI (UART)： 異步串行通信接口，常用于與上位機或調(diào)試終端進行數(shù)據(jù)交換。

　　SPI： 串行外設(shè)接口，高速同步串行通信，常用于與傳感器、EEPROM、LCD等外設(shè)進行通信。

　　I2C： 內(nèi)部集成電路總線，兩線制串行通信，常用于連接低速外設(shè)，如傳感器、RTC（實時時鐘）等。

　　CAN： 控制器局域網(wǎng)，廣泛應(yīng)用于汽車電子和工業(yè)自動化領(lǐng)域，提供可靠的多主通信能力。

　　通用輸入/輸出（GPIO）： 大量的可編程 GPIO 引腳，可配置為輸入或輸出，并支持中斷功能。

　　DMA（直接內(nèi)存訪問）控制器： 允許外設(shè)直接訪問內(nèi)存，無需 CPU 干預(yù)，從而減輕 CPU 負擔(dān)，提高系統(tǒng)吞吐量。這對于高速數(shù)據(jù)傳輸（如 ADC 結(jié)果到內(nèi)存）非常有用。

　　看門狗定時器（Watchdog Timer, WDT）： 用于監(jiān)測程序運行是否正常，防止程序跑飛。如果 WDT 超時，會自動復(fù)位系統(tǒng)。

　　定時器： 多個通用定時器，可用于生成延時、計時、或作為其他模塊的時基。

　　2.4 時鐘和電源管理

　　TMS320F28035 具有靈活的時鐘子系統(tǒng)和電源管理功能。

　　時鐘： 內(nèi)部集成振蕩器，也支持外部晶振輸入。靈活的鎖相環(huán)（PLL）允許生成不同的系統(tǒng)時鐘頻率，以適應(yīng)不同的性能和功耗需求。

　　電源管理： 支持多種低功耗模式，如空閑模式、待機模式等，通過關(guān)閉不需要的外設(shè)或降低時鐘頻率來降低功耗。

　　3. TMS320F28035 的主要應(yīng)用領(lǐng)域

　　由于其高性能、高集成度和豐富的實時控制外設(shè)，TMS320F28035 廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

　　電機控制： 這是 TMS320F28035 最核心的應(yīng)用領(lǐng)域之一。它能夠高效實現(xiàn)各種電機（如直流無刷電機 BLDC、永磁同步電機 PMSM、交流異步電機 ACIM、步進電機等）的精密控制，包括磁場定向控制（FOC）、無傳感器控制、弱磁控制等高級算法。典型應(yīng)用包括工業(yè)伺服驅(qū)動、機器人關(guān)節(jié)控制、電動汽車電機控制器、家電電機（如空調(diào)壓縮機、洗衣機電機）等。

　　數(shù)字電源管理： 用于開發(fā)高性能、高效率的開關(guān)電源、充電器、逆變器、UPS（不間斷電源）等。其高速 ADC 和高分辨率 PWM 模塊能夠?qū)崿F(xiàn)精確的電壓電流環(huán)路控制、功率因數(shù)校正（PFC）以及多相控制等復(fù)雜功能。

　　可再生能源： 太陽能逆變器、風(fēng)力發(fā)電變流器、儲能系統(tǒng)等，利用其強大的控制能力進行最大功率點跟蹤（MPPT）、并網(wǎng)控制和能量管理。

　　工業(yè)自動化： 過程控制、PLC（可編程邏輯控制器）、傳感器接口、編碼器接口、工業(yè)機器人控制、數(shù)控機床等，需要精確的運動控制和實時數(shù)據(jù)處理。

　　汽車電子： 電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）、車載充電器、車載逆變器、電池管理系統(tǒng)（BMS）等，利用其高可靠性和實時控制能力。

　　家用電器： 高端變頻家電，如變頻空調(diào)、變頻冰箱、變頻洗衣機等，實現(xiàn)節(jié)能、靜音和更優(yōu)的性能。

　　醫(yī)療設(shè)備： 精密醫(yī)療泵、診斷設(shè)備中的運動控制部分等。

　　4. TMS320F28035 的開發(fā)環(huán)境與工具

　　德州儀器為 TMS320F28035 提供了全面而強大的開發(fā)工具鏈，極大地簡化了開發(fā)過程。

　　Code Composer Studio (CCS)： 這是 TI 官方的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），基于 Eclipse 平臺。CCS 提供了代碼編輯、編譯、調(diào)試、仿真、項目管理等一整套功能。它集成了 C/C++ 編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。CCS 支持 JTAG 調(diào)試接口，可以通過仿真器（如 XDS100、XDS200、XDS560 等）對目標(biāo)板進行在線調(diào)試、代碼下載和實時數(shù)據(jù)觀察。

　　C2000Ware： 這是 TI 提供的一套全面的軟件開發(fā)套件，包含了驅(qū)動庫、外設(shè)例程、Math Viterbi and Control Law Accelerator (CLA) 庫、Digital Power Library、MotorWare（電機控制庫）等。C2000Ware 大大加速了開發(fā)進程，開發(fā)者可以直接調(diào)用現(xiàn)成的函數(shù)和算法，而無需從頭編寫底層代碼。

　　ControlSUITE（舊版）： 雖然 C2000Ware 是最新的推薦軟件開發(fā)套件，但 ControlSUITE 在過去也提供了大量的例程、文檔和工具，對于學(xué)習(xí)和理解 C2000 系列很有幫助。

　　仿真器/調(diào)試器：

　　XDS 系列： TI 提供了多款 XDS 系列仿真器，用于通過 JTAG 接口與目標(biāo)芯片進行通信。XDS110 是一個性價比較高的選擇，XDS200 和 XDS560 更適用于專業(yè)開發(fā)和高速調(diào)試需求。

　　評估板和開發(fā)套件： TI 和第三方廠商提供了多種評估板（EVM）和LaunchPad 開發(fā)套件，這些板載了 TMS320F28035 芯片及必要的電路，方便開發(fā)者快速上手、進行原型開發(fā)和功能驗證。例如，F28035 Piccolo Experimenter Kit 就是一個非常受歡迎的入門級套件。

　　DSP/BIOS (SYS/BIOS)： TI 提供的實時操作系統(tǒng)（RTOS），它是一個輕量級、可配置的內(nèi)核，提供任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間通信、中斷管理等服務(wù)，有助于開發(fā)復(fù)雜的、多任務(wù)的實時控制應(yīng)用。

　　MATLAB/Simulink 支持： TI 與 MathWorks 合作，為 C2000 系列提供了強大的模型化設(shè)計支持。通過 Simulink Coder 和 Embedded Coder，開發(fā)者可以直接從 Simulink 模型生成 C 代碼，并部署到 TMS320F28035 上，極大地提高了開發(fā)效率和算法驗證的便捷性。這對于電機控制等復(fù)雜算法的開發(fā)尤其有利。

　　第三方工具： 還有一些第三方工具和庫，如 JTAG 編程工具、算法庫等，可以進一步擴展開發(fā)能力。

　　5. TMS320F28035 編程模型

　　對 TMS320F28035 進行編程主要涉及 C/C++ 語言。由于其是數(shù)字信號控制器，一些對性能要求極高的代碼段可能需要使用匯編語言進行優(yōu)化。

　　C/C++ 語言： 這是最主要的編程語言。TI 提供的 C/C++ 編譯器針對 C2000 系列進行了高度優(yōu)化，能夠生成高效的機器代碼。

　　頭文件與庫函數(shù)： TI 提供了豐富的頭文件（定義了寄存器地址和位域）和庫函數(shù)（封裝了外設(shè)操作和常用算法）。開發(fā)者通過包含這些頭文件并調(diào)用相應(yīng)的庫函數(shù)來配置和控制芯片外設(shè)。

　　中斷服務(wù)例程（ISR）： 實時控制的核心在于對外部事件的快速響應(yīng)。通過編寫中斷服務(wù)例程，可以對特定事件（如 ADC 轉(zhuǎn)換完成、PWM 周期結(jié)束等）進行處理。

　　內(nèi)存映射： 了解芯片的內(nèi)存映射至關(guān)重要，包括閃存、SRAM、寄存器等的地址范圍，以便正確地分配變量和訪問外設(shè)寄存器。

　　優(yōu)化技巧： 為了充分發(fā)揮 TMS320F28035 的性能，通常需要進行代碼優(yōu)化，例如：

　　利用 C28x 內(nèi)核的乘法累加（MAC）指令和浮點運算單元。

　　合理使用 DMA 傳輸數(shù)據(jù)，減少 CPU 負擔(dān)。

　　優(yōu)化中斷響應(yīng)時間，確保實時性。

　　對關(guān)鍵算法部分進行匯編優(yōu)化（如果需要）。

　　選擇合適的編譯器優(yōu)化等級。

　　6. TMS320F28035 的優(yōu)勢總結(jié)

　　TMS320F28035 作為一款經(jīng)典的 C2000 Piccolo 微控制器，其優(yōu)勢在于：

　　卓越的實時控制性能： 強大的 C28x 浮點 CPU 和豐富的實時外設(shè)使其在需要高精度、快速響應(yīng)的控制應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

　　高集成度與成本效益： 在單芯片上集成了大量資源，降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。

　　完善的生態(tài)系統(tǒng)： TI 提供了全面且持續(xù)更新的開發(fā)工具、軟件庫和技術(shù)支持，極大地簡化了開發(fā)工作。

　　低功耗特性： 適用于對能效有要求的應(yīng)用。

　　成熟可靠： 經(jīng)過長時間的市場驗證，在工業(yè)和汽車等嚴苛環(huán)境中表現(xiàn)穩(wěn)定。

　　7. 學(xué)習(xí)與進階建議

　　要深入掌握 TMS320F28035，建議您：

　　閱讀官方文檔： 仔細研讀 TI 提供的芯片數(shù)據(jù)手冊（Datasheet）、技術(shù)參考手冊（Technical Reference Manual, TRM）和勘誤表（Errata）。這些是了解芯片內(nèi)部工作原理和外設(shè)配置最權(quán)威的資料。

　　實踐是關(guān)鍵： 購買一塊 F28035 的評估板或 LaunchPad，從簡單的 LED 閃爍、GPIO 控制開始，逐步深入到 PWM 控制、ADC 采集、串行通信等。

　　利用 C2000Ware/ControlSUITE 例程： 仔細研究 TI 提供的例程代碼，理解其配置方法和編程思路。

　　學(xué)習(xí)電機控制原理： 如果您的應(yīng)用涉及電機控制，深入學(xué)習(xí)電機控制理論（如 FOC）將非常有幫助。

　　社區(qū)交流： 參與 TI E2E 社區(qū)或相關(guān)技術(shù)論壇，與其他開發(fā)者交流經(jīng)驗，解決遇到的問題。

　　閱讀相關(guān)書籍和論文： 進一步拓寬知識面，了解更高級的控制算法和系統(tǒng)設(shè)計方法。