基于Matlab/Simulink的DSP仿真調(diào)試研究

王成

西安航空學院電氣學院, 陜西 西安 710077

1. 概述

Mathworks公司與TI公司聯(lián)合開發(fā)的Matlab Link for CCS Development Tools，提供了Matlab與CCS的接口，即把Matlab與TI CCS即目標DSP連接起來。Matlab Link for CCS Development Tools作為工具箱被集成在Matlab中，利用此工具箱可以像操作Matlab變量一樣來操作 DSP寄存器[1]。

TMS320C28x是到目前為止用于數(shù)字控制領域性能最好的D5P芯片。這種芯片采用32位的定點DSP核，可以在單個指令周期內(nèi)完成32×32位的乘累加運算，具有增強的電機控制外設，高性能的模／數(shù)轉(zhuǎn)換能力和改進的通信接口，采用低電壓供電(3.3v外設／1.8vCPU核)，與TMS320C24x源代碼兼容。TMS320F2812芯片具有較高的性能和適用于控制領域的功能，廣泛應用于工業(yè)自動化、電機控制等領域[2]。本文以SEED-DSK2812開發(fā)板作為硬件工具。

2. DSP代碼生成流程

首先根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，在Matlab/Simulink 平臺下搭建系統(tǒng)模型,仿真實現(xiàn)后，通過Matlab 提供的Real Time Workshop 生成面向DSP 編譯器的工程文件代碼，并進一步完成代碼的編譯、鏈接生成DSP可執(zhí)行文件，最后下載到目標DSP 開發(fā)板上運行，完成系統(tǒng)的開發(fā)。

上述開發(fā)過程全部在Matlab//Simulink環(huán)境下進行，開發(fā)人員不需編寫程序代碼，只需利用Matlab/Simulink 的模塊完成系統(tǒng)設計即可。而且在系統(tǒng)設計過程可對系統(tǒng)進行實時仿真驗證，保證系統(tǒng)設計的正確性[3]。

2.1 CCS Link的配置方法

為驗證CCS Link是否安裝正確，打開matlab，在命令窗中鍵入命令help ccslink，如CCSLink安裝正確，命令窗即顯示產(chǎn)品信息，如圖1所示。

圖1 CCS Link安裝信息

驗證CCS是否在主機系統(tǒng)安裝并合理配置，在Matlab命令窗鍵入命令ccsboardinfo，如CCS已安裝并合理配置，則命令窗即顯示產(chǎn)品信息，如圖2所示。

圖2 CCS安裝配置圖

2.2 TMS320F2812 ADC控制PWM輸出電平信號

TMS320F2812 ADC模塊是一個12位分辨率、具有流水線結構的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有16個通道，可配置為2個獨立的8通道模塊，也可級聯(lián)成一個16通道的模塊。本例通過使用ADC模塊進行采樣的模擬電壓，并產(chǎn)生一個PWM的脈沖波形，并通過輸入的模擬電壓來控制PWM輸出波形的占空比。

TMS320F2812 ADC模塊表示連接到選定模塊輸入引腳的信號，并進行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。該ADC塊的輸出為模擬輸入信號的數(shù)字值，并且將轉(zhuǎn)換后的值存儲在結果寄存器中。本例中可以使用此塊捕獲和數(shù)字化輸入的模擬信號，應用DSP 單序列發(fā)生器，外部輸入來自可調(diào)電壓信號，接入DSP模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入引腳ADCINB0引腳。

TMS320F2812 包含用于生成信號的脈沖寬度調(diào)制器。其能夠提供選項來設定事件管理器A或時間管理器B的生成所需波形。每個事件管理器在同一時刻可產(chǎn)生8個PWM的波形輸出，通過帶有可編程死區(qū)的3個全比較單元可單獨產(chǎn)生3對輸出;通過GP定時器的比較功能可產(chǎn)生兩個單獨的PWM。本例選擇事件管理器B作為PWM信號輸出。設計思路流程如圖3所示。

圖3 ADC控制PWM輸出設計圖

Matlab/Simulink 模型搭建如圖4所示

圖4中Pulse Generator模塊可設置輸出信號參數(shù)，通過調(diào)整ADC的輸入電壓值，可使輸出的PWM信號占空比隨之發(fā)生變化，但PWM信號的周期保持不變。如圖5所示，分別產(chǎn)生占空比分別為50%和75%的PWM信號。

圖4 ADC控制PWM占空比模型圖

圖5 ADC控制PWM輸出波形圖

3. DSP代碼直接生成

當Matlab/Simulink 模型仿真實現(xiàn)后，在Real-Time Workshop 界面，選擇系統(tǒng)目標為ccslink_ert.tlc，選擇語言為C語言，再點擊generate code 按鈕。如圖6所示。

圖6 DSP代碼生成圖

Matlab 將根據(jù)設置自動生成DSP 工程文件自動連接打開CCS 開發(fā)環(huán)境，并且對C 語言代碼進行編譯、鏈接，下載到目標板。通過觀察Matlab命令窗可知，代碼的生成過程中建立了DSP工程文件,其中包括:源文件、庫文件、輸出文件等[4]。如圖7所示。

圖7 DSP生成文件圖

將輸入電壓連接到ADC輸入ADCINA0的管腳，電路設計框圖如圖8所示。

圖8 硬件電路連接框圖

利用示波器觀察PWM1管腳波形，通過不斷調(diào)整ADC模塊電壓輸入值，可觀察到PWM1管腳輸出波形按照設定進行變化。可分別生成占空比為50%和占空比為75%的PWM波形，如圖9所示。證明由Simulink模型DSP生成代碼正確，達到設計要求。

圖9 DSP芯片PWM輸出波形圖

4. 結語

通過以上示例，驗證了利用Matlab/Simulink 搭建模型并直接生成DSP代碼開發(fā)方法。通過此方法,開發(fā)人員僅通過Matlab/Simulink搭建系統(tǒng)模型，利用Matlab Link for CCS Development Tools工具箱，即可實現(xiàn)DSP系統(tǒng)的開發(fā)過程，不但減輕了開發(fā)人員的工作負擔，提高了工作效率，還可以實現(xiàn)更加復雜的控制算法，具有很強的實用意義。

[1]李真芳,蘇濤,黃小宇. DSP程序開發(fā)-Matlab調(diào)試及直接目標代碼生成[M ]. 西安：西安電子科技大學出版社, 2003

[2]王忠勇，陳恩慶. TMS320F2812 DSP原理與應用技術[M ]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2012

[3]齊星剛,趙剛,李原. 在Matlab/ Simulink 平臺上DSP 代碼的自動生成[J]. 中國測試技術,2005 ,31 (1) : 87-88.

[4]盧小錦，曾岳南. 基于Matlab/ Simulink 的TMS320F2812代碼開發(fā)[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2009，2：79-81