TMS320F28022中文数据手册

一、产品介绍

TMS320F28022是德州仪器（TI）推出的C2000™系列32位实时微控制器，属于Piccolo™入门级性能系列。该器件基于高效的32位TMS320C28x™ CPU内核，最高主频可达60MHz（周期时间16.67ns），并支持50MHz和40MHz工作模式，能够满足工业控制、电机驱动、数字电源等实时性要求严苛的应用场景。其核心优势在于高度集成的控制外设与低引脚数封装的结合，在保持高性能的同时显著降低系统成本。

作为C2000产品线的重要成员，TMS320F28022与基于C28x内核的旧版代码完全兼容，支持从传统工业设备到新型智能控制系统的无缝升级。器件内置32KB Flash存储器、12KB SARAM数据/程序存储器以及1KB OTP（一次性可编程）存储器，提供充足的代码执行空间和数据缓存能力。其单电源供电设计（3.3V）简化了电源管理，内部集成加电复位和欠压复位电路，无需外部时序控制，进一步降低硬件设计复杂度。

二、工作原理

TMS320F28022的核心架构基于哈佛总线结构，通过分离的程序和数据总线实现指令与数据的并行访问，配合16×16位和32×32位乘法累加（MAC）单元，可高效执行数字信号处理算法。其CPU包含32位算术逻辑单元（ALU）、32位累加器、16×16位并行乘法器以及支持双16位MAC操作的专用硬件加速器，能够在单个时钟周期内完成复杂运算。

器件的时钟系统由内部零引脚振荡器、片上晶振振荡器和外部时钟输入组成，通过锁相环（PLL）和时钟分频器实现灵活的时钟配置。例如，在60MHz主频下，PLL可将外部晶振频率倍频至系统时钟，同时通过高速外设时钟预分频器（HISPCP）和低速外设时钟预分频器（LOSPCP）为不同外设提供独立时钟源，优化功耗与性能平衡。

中断处理方面，TMS320F28022采用外设中断扩展（PIE）模块，支持多达22个可单独编程的中断源，每个中断可配置独立的优先级和使能位。PIE模块通过硬件逻辑管理中断请求，减少CPU开销，确保实时响应关键事件。

三、核心作用

TMS320F28022专为实时控制应用设计，其核心作用体现在以下三方面：

1. 高精度控制：通过增强型脉宽调制器（ePWM）模块提供8通道独立PWM输出，支持双边沿控制（调频）和高分辨率PWM（HRPWM）功能。HRPWM模块可实现亚微秒级分辨率，适用于电机调速、电源转换等需要精细控制的场景。

2. 快速信号采集：集成12位模数转换器（ADC），支持最高6.65MSPS的采样率，可在0V至3.3V固定满量程范围内进行转换，并支持VREFHI/VREFLO基准电压的比例运算。ADC接口针对低开销和延迟优化，配合内部温度传感器和模拟比较器，可实时监测系统状态。

3. 可靠通信支持：提供串行通信接口（SCI/UART）、串行外设接口（SPI）和内部集成电路（I2C）模块，支持与传感器、执行器和其他微控制器的异步/同步通信。UART模块支持自动波特率检测，SPI模块最高时钟频率达20MHz，满足高速数据传输需求。

四、产品特点

1. 高性能与低功耗平衡：

• 60MHz主频下性能达60MIPS，50MHz模式下功耗更低。

• 3.3V单电源供电，典型工作电流仅50mA（60MHz），支持多种低功耗模式（IDLE、STANDBY、HALT）。

2. 高度集成外设：

• 8通道ePWM模块，每通道独立16位计时器，支持死区控制和故障保护。

• 7/13通道12位ADC，支持级联模式和同步采样。

• 3个32位CPU计时器，支持看门狗和实时时钟功能。

3. 安全与可靠性：

• 128位安全密钥和锁机制，保护Flash和OTP存储器内容，防止固件逆向工程。

• 符合AEC-Q100标准（Q级封装），工作温度范围-40℃至125℃，适用于汽车电子等严苛环境。

4. 开发友好性：

• 支持Code Composer Studio（CCS）集成开发环境，提供硬件调试接口（XDS100/XDS510）。

• 提供评估板（如LAUNCHXL-F28027F）和BoosterPack插件模块，加速原型开发。

五、引脚功能详解

TMS320F28022提供38引脚TSSOP和48引脚LQFP两种封装选项，主要引脚功能如下：

1. 电源与复位引脚：

• VDD/VSS：主电源（3.3V）和地引脚。

• VREGEN：内部稳压器使能引脚，低电平禁用稳压器。

• XRS：外部复位引脚，低电平触发系统复位。

2. 时钟引脚：

• X1/X2：外部晶振连接引脚，支持4MHz至20MHz晶振。

• OSCCLK：外部时钟输入引脚，可直接提供系统时钟。

3. PWM输出引脚：

• EPWMxA/EPWMxB：增强型PWM通道输出引脚，支持互补输出和死区控制。

• TRIPx：故障输入引脚，低电平触发PWM输出关闭。

4. ADC输入引脚：

• ADCINA0-ADCINA7/ADCINB0-ADCINB6：模拟输入通道，支持单端或差分输入。

• VREFHI/VREFLO：ADC基准电压输入引脚，内部默认连接至3.3V和0V。

5. 通信接口引脚：

• SCITXDA/SCIRXDA：UART发送/接收引脚。

• SPISIMO/SPISOMI/SPICLK/SPISTE：SPI主从模式数据输入/输出、时钟和片选引脚。

• SDA/SCL：I2C数据和时钟引脚。

6. 通用输入输出引脚：

• GPIOx：多路复用引脚，可通过寄存器配置为输入、输出或外设功能（如PWM、ADC触发等）。

六、功能模块解析

1. 增强型脉宽调制器（ePWM）：
   ePWM模块是TMS320F28022的核心外设之一，支持8通道独立PWM输出。每通道包含时间基准子模块、计数比较子模块、动作限定子模块和死区控制子模块。时间基准子模块提供16位向上/向下计数器，支持自动重装载和同步更新；计数比较子模块通过比较寄存器生成PWM波形；动作限定子模块定义计数器与比较寄存器匹配时的输出状态；死区控制子模块插入可编程死区时间，防止上下管直通。

2. 模数转换器（ADC）：
   ADC模块采用12位逐次逼近型（SAR）架构，支持7/13通道输入（取决于封装）。模块包含采样保持电路和转换控制器，可在单次或连续模式下工作。ADC时钟频率最高达25MHz，转换时间仅60ns（12位模式）。通过级联模式，可将多个ADC模块同步，实现更高通道数的采样。

3. 串行通信接口（SCI/UART）：
   UART模块支持全双工异步通信，波特率可通过寄存器配置（最高达1Mbps）。模块包含发送器和接收器，支持奇偶校验、帧错误检测和自动波特率检测。通过中断或轮询方式，可实现与PC、传感器或其他微控制器的数据交换。

4. 串行外设接口（SPI）：
   SPI模块支持主从模式，最高时钟频率20MHz。模块包含4线接口（SIMO、SOMI、CLK、STE），支持多从设备连接。通过SPI，可快速配置外部闪存、ADC或DAC等器件。

七、典型应用领域

1. 工业电机驱动：
   TMS320F28022广泛用于交流驱动器、伺服驱动器和步进电机控制器。其高分辨率PWM和快速中断响应能力，可实现精确的电机调速和位置控制。例如，在纺织机械中，通过ePWM模块生成三相PWM波形，驱动无刷直流电机（BLDC），实现纱线张力的闭环控制。

2. 光伏逆变器：
   在光伏发电系统中，TMS320F28022负责最大功率点跟踪（MPPT）和并网控制。其ADC模块实时采集太阳能板电压/电流，通过算法计算最优工作点；ePWM模块生成SPWM波形，驱动逆变桥将直流电转换为交流电。

3. 数字电源：
   数字电源（如DC/DC转换器、AC/DC充电器）利用TMS320F28022实现高精度电压/电流调节。通过ADC监测输出参数，PID算法计算控制量，ePWM调整开关管占空比，实现动态响应和效率优化。

4. 电动汽车与运输：
   在电动汽车中，TMS320F28022用于电池管理系统（BMS）和电机控制器。其安全功能（如代码保护、故障检测）确保系统可靠性，而低功耗模式延长电池续航时间。

5. 传感器与信号处理：
   集成ADC和模拟比较器使TMS320F28022适合传感器信号采集与处理。例如，在温度监测系统中，ADC转换热敏电阻电压，通过算法计算实际温度，并通过UART上传至监控平台。

八、可替代型号分析

1. TMS320F28027：
   与TMS320F28022同属Piccolo系列，主频60MHz，Flash存储器容量增至64KB，增加CAN总线接口。适用于需要更大存储空间或CAN通信的场景，如汽车电子。

2. TMS320F280021：
   新一代C2000器件，主频100MHz，集成浮点运算单元（FPU）和三角函数加速器（TMU），性能显著提升。适用于对计算能力要求更高的应用，如机器人控制。

3. MSP430F5529：
   德州仪器另一款低功耗MCU，主频25MHz，Flash存储器256KB，支持USB接口。适用于对功耗敏感但计算需求较低的场景，如便携式设备。

4. STM32F334R8：
   意法半导体（ST）的32位MCU，主频72MHz，集成高分辨率定时器（HRTIM）和比较器，适用于电机控制。与TMS320F28022相比，HRTIM功能类似，但生态支持（如开发工具、库函数）略有差异。

九、总结

TMS320F28022凭借其高性能CPU、丰富外设和低功耗设计，成为实时控制领域的理想选择。从工业电机驱动到数字电源，从电动汽车到传感器信号处理，其灵活性和可靠性得到广泛验证。通过与CCS开发环境、评估板和BoosterPack模块的深度整合，开发者可快速实现原型设计并推向市场。未来，随着C2000系列持续迭代，TMS320F28022及其衍生型号将在智能制造、新能源等领域发挥更大作用。