Texas Instruments TMS320F280013x 32位微控制器 (MCU) 是C2000? 實(shí)時(shí)微控制器系列的一員，該系列可擴(kuò)展、超低延遲設(shè)備專為提高電力電子設(shè)備效率而設(shè)計(jì)。實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)基于32位C28x DSP內(nèi)核，能夠?yàn)槠祥W存或SRAM運(yùn)行的浮點(diǎn)或定點(diǎn)代碼提供120MHz的信號處理性能。三角數(shù)學(xué)單元 (TMU) 進(jìn)一步增強(qiáng)了C28x CPU的性能，加快了實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)關(guān)鍵的常用算法的速度。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments TMS320F280013x 32位微控制器 (MCU)數(shù)據(jù)手冊.pdf

TMS320F280013x MCU支持高達(dá)256KB (128KW) 的閃存，并且還可以使用高達(dá)36KB (18KW) 的片上SRAM來補(bǔ)充閃存。高性能模擬模塊集成到F280013x實(shí)時(shí)微控制器 (MCU) 中，并與處理和PWM單元緊密耦合，以提供最佳的實(shí)時(shí)信號鏈性能。14個(gè)PWM通道可實(shí)現(xiàn)各種功率級的控制，從3相逆變器到功率因數(shù)校正，以及其他高級多級電源拓?fù)洹?/p>

接口支持用各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信端口 (例如I^2^C、SPI、SCI和CAN)，為實(shí)現(xiàn)最佳信號放置提供了多種引腳多路復(fù)用選項(xiàng)。

特性

• 實(shí)時(shí)處理
  • 120MHz C28x 32位DSP CPU
  • 相當(dāng)于240MHz基于 rm? Cortex-M7的器件，具有實(shí)時(shí)信號鏈性能
  • 浮點(diǎn)單元 (FPU)，實(shí)現(xiàn)更精確的數(shù)學(xué)計(jì)算
  • 三角運(yùn)算數(shù)學(xué)單元 (TMU) 加速對于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)來說非常關(guān)鍵的算法
• 片上存儲器
  • 256KB (128KW) 單組閃存（ECC保護(hù)）
  • 36KB (18KW) RAM（ECC/奇偶保護(hù)）
  • 雙區(qū)域安全
  • 安全啟動和JTAG鎖定
• 時(shí)鐘和系統(tǒng)控制
  • 兩個(gè)內(nèi)部10MHz振蕩器
  • 外部電阻器支持，可提高內(nèi)部振蕩器性能 (ExtR)
  • 晶體振蕩器或外部時(shí)鐘輸入
  • 窗口看門狗定時(shí)器模塊
  • 丟失時(shí)鐘檢測電路
  • 雙時(shí)鐘比較器 (DCC)
• 3.3V I/O設(shè)計(jì)
  • 內(nèi)部VREG生成
  • 掉電復(fù)位 (BOR) 電路
• 系統(tǒng)外設(shè)
  • 38個(gè)可單獨(dú)編程的多路復(fù)用通用輸入/輸出 (GPIO) 引腳（其中11個(gè)與模擬共享）
  • 模擬引腳上十個(gè)數(shù)字輸入
  • 增強(qiáng)型外設(shè)中斷擴(kuò)展 (ePIE)
  • 支持多低功耗模式 (LPM)
  • 唯一識別號 (UID)
• 通信外設(shè)
  • 兩個(gè)集成電路總線 (I^2^C) 接口
  • 一個(gè)控制器局域網(wǎng) (CAN/DCAN) 總線端口
  • 一個(gè)串行外設(shè)接口 (SPI) 端口
  • 三個(gè)UART兼容串行通信接口 (SCI)
• 模擬系統(tǒng)
  • 兩個(gè)4MSPS、12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)
    • 多達(dá)21個(gè)外部通道（11個(gè)與GPIO共享）
    • 每個(gè)ADC四個(gè)集成后處理塊 (PPB)
  • 一個(gè)帶12位基準(zhǔn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 的窗口比較器 (CMPSS)
    • 數(shù)字毛刺濾波器
    • COMPDACOUT（11位）
  • 三個(gè)帶9.5位有效基準(zhǔn)DAC的窗口比較器 (CMPSS_LITE)
    • 數(shù)字毛刺濾波器
• 增強(qiáng)型控制外設(shè)
  • 14個(gè)ePWM通道，其中具有高分辨率（150ps分辨率）功能的兩個(gè)通道
    • 集成死區(qū)支持
    • 集成硬件跳閘區(qū)域 (TZ)
  • 兩個(gè)增強(qiáng)型捕獲 (eCAP) 模塊
  • 一個(gè)增強(qiáng)型正交編碼器脈沖 (eQEP) 模塊，支持CW/CCW工作模式
  • 嵌入式圖形生成器 (EPG)
• SW AES用CMAC密鑰（128位）
• 封裝選項(xiàng)
  • 64引腳薄型四方扁平 (LQFP) [PM后綴]
  • 48引腳LQFP [PT后綴]
  • 48引腳超薄四方扁平無引線 (VQFN) [RGZ后綴]
  • 32引腳VQFN [RHB后綴]
• 溫度選項(xiàng)
  • 環(huán)境溫度 (T A )：-40°C至+125°C

功能框圖

TMS320F280013x系列微控制器技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、產(chǎn)品概述

TMS320F280013x是德州儀器(TI)C2000?實(shí)時(shí)微控制器家族的重要成員，專為高效電力電子應(yīng)用設(shè)計(jì)。該系列基于32位C28x DSP內(nèi)核，提供120MHz信號處理性能，支持浮點(diǎn)和定點(diǎn)運(yùn)算，適用于從家電到工業(yè)自動化等各種實(shí)時(shí)控制應(yīng)用。

?關(guān)鍵特性?：

• 120MHz C28x 32位DSP CPU，性能相當(dāng)于240MHz Arm Cortex-M7
• 浮點(diǎn)單元(FPU)和三角函數(shù)加速單元(TMU)
• 256KB閃存(ECC保護(hù))和36KB RAM(ECC/奇偶校驗(yàn)保護(hù))
• 雙區(qū)安全架構(gòu)，支持JTAG鎖定和零引腳啟動
• 38個(gè)可編程GPIO引腳(11個(gè)與模擬共用)
• 工作溫度范圍：-40°C至125°C

二、核心架構(gòu)與性能優(yōu)勢

1. 處理器子系統(tǒng)

TMS320F280013x采用增強(qiáng)型C28x DSP內(nèi)核，配合FPU和TMU加速器，顯著提升了實(shí)時(shí)控制算法的執(zhí)行效率。TMU特別優(yōu)化了常見三角函數(shù)的計(jì)算速度，對電機(jī)控制中的Park/Clark變換等算法可提供5-10倍的加速。

2. 存儲系統(tǒng)

• ?閃存?：256KB(128KW)容量，支持ECC保護(hù)，分為128個(gè)扇區(qū)
• ?RAM?：36KB(18KW)容量，包含M0-M1(4KB)和LS0-LS1(32KB)區(qū)域
• ?啟動ROM?：64KB，包含安全啟動和加密功能

3. 電源管理

器件采用雙電源設(shè)計(jì)：

• 內(nèi)核電源(VDD)：1.2V(內(nèi)部VREG生成或外部供給)
• I/O電源(VDDIO/VDDA)：3.3V
  內(nèi)置電源監(jiān)控電路(POR/BOR)確保可靠啟動和工作，支持多種低功耗模式(IDLE/STANDBY/HALT)。

三、關(guān)鍵外設(shè)解析

1. 增強(qiáng)型PWM模塊(ePWM)

14通道ePWM系統(tǒng)是電力電子控制的核心，主要特點(diǎn)包括：

• 150ps高分辨率PWM(HRPWM)能力
• 集成死區(qū)生成和故障保護(hù)
• 支持與ADC同步采樣
• 每個(gè)模塊可獨(dú)立配置為互補(bǔ)或獨(dú)立模式

2. 高精度ADC系統(tǒng)

雙通道12位ADC提供4MSPS采樣率，關(guān)鍵特性：

• 21個(gè)外部通道(11個(gè)與GPIO共用)
• 4個(gè)后處理塊(PPB)，支持偏移校準(zhǔn)和誤差計(jì)算
• 16個(gè)可配置觸發(fā)源，包括ePWM和GPIO
• 內(nèi)部/外部參考電壓可選(2.5V或3.3V范圍)

?配置建議?：

• 對開關(guān)電源應(yīng)用，建議使用外部參考以獲得最佳精度
• 高頻應(yīng)用時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加采樣窗口(ACQPS)
• 關(guān)鍵信號通道應(yīng)遠(yuǎn)離數(shù)字噪聲源

3. 比較器子系統(tǒng)(CMPSS)

CMPSS提供精密模擬比較功能，包含：

• 2個(gè)模擬比較器(高邊和低邊)
• 2個(gè)12位參考DAC(部分型號支持9.5位有效精度)
• 數(shù)字濾波和同步邏輯
• 直接連接至ePWM的故障保護(hù)系統(tǒng)

?應(yīng)用場景?：

• 電源過流/欠壓保護(hù)
• 峰值電流模式控制
• 硬件故障快速響應(yīng)(<60ns)

四、典型應(yīng)用方案

1. 電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)

利用F280013x構(gòu)建的三相電機(jī)驅(qū)動方案：

• 6路PWM驅(qū)動三相逆變橋
• 3路ADC采樣相電流(配合PWM同步)
• eQEP接口連接編碼器
• CMPSS實(shí)現(xiàn)硬件過流保護(hù)

?性能指標(biāo)?：

• PWM分辨率：150ps @120MHz
• 電流環(huán)更新速率：100kHz
• 故障響應(yīng)時(shí)間：<100ns

2. 數(shù)字電源設(shè)計(jì)

適用于AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換：

• 多相交錯(cuò)PFC控制
• 次級側(cè)同步整流
• 輸出電壓紋波補(bǔ)償
• 使用PPB實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)電壓定位

五、開發(fā)支持

1. 硬件工具

• ?TMDSCNCD2800137?：評估開發(fā)板
• ?C2000Ware?：配套軟件包，包含外設(shè)驅(qū)動和示例代碼

2. 軟件生態(tài)

• ?CCS?：Code Composer Studio IDE
• ?MotorControl SDK?：電機(jī)控制算法庫
• ?DigitalPower SDK?：數(shù)字電源解決方案

3. 參考設(shè)計(jì)

TI官網(wǎng)提供多種參考設(shè)計(jì)，包括：

• 空調(diào)室外機(jī)解決方案
• 伺服驅(qū)動方案
• 太陽能優(yōu)化器設(shè)計(jì)

六、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. ?PCB布局?：
   • 分離模擬和數(shù)字地平面
   • VREFHI引腳放置2.2μF去耦電容
   • 高頻信號遠(yuǎn)離ADC輸入
2. ?熱管理?：
   • 64-pin LQFP封裝θJA=62.5°C/W
   • 高負(fù)載應(yīng)用應(yīng)考慮散熱設(shè)計(jì)
3. ?安全特性?：
   • 啟用雙區(qū)安全保護(hù)
   • 合理設(shè)置JTAGLOCK防止未授權(quán)訪問