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PSIM 处理器在环仿真

华仿科技电力电子仿真

2025-05-08

导读：PSIM 提供了处理器在环（PIL）仿真功能，借助PIL模块，您可以轻松测试和验证控制代码，无论是由PSIM手写还是自动生成，都可以在实际的DSP硬件上通过PSIM中模拟的电源电路进行验证。

概述

PIL模块是PSIM软件的附加选件。它提供了处理器在环（PIL）仿真功能，其中系统的功率部分在计算机上的PSIM中进行了仿真，而系统的其余部分则在运行在DSP硬件板上的C代码中实现。借助PIL模块，您可以轻松测试和验证控制代码，无论是由PSIM手写还是自动生成，都可以在实际的DSP硬件上通过PSIM中模拟的电源电路进行验证。

PSIM提供了两种PIL模块：通用的PIL模型PIL Block和专用的PIL模型PIL Block (InstaSPIN)。通用的PIL模型可以用于一般的PIL仿真，而专用的PIL模型PIL Block (InstaSPIN)既可以用于PIL仿真，也可以用于专门针对于TI InstaSPIN电机控制算法的代码生成。

PIL模块：供PIL仿真的接口模块。

PIL模块（InstaSPIN）：供PIL仿真的接口模块，用于德州仪器公司的 InstaSPIN 电机控制算法。

应用实例

该教程详细介绍了如何采用通用的PIL模型一步步建立和执行PIL仿真的过程，主要步骤包括：

准备PIL仿真的代码

PSIM设置

硬件设置

以下以一个buck变换器的例子说明该过程，该例子位于PSIM安装目录下的“examples\PIL\Buck Converter (F28335)”。

2.1. 准备PIL仿真的代码

buck变换器的电路原理图如下：

图 176、BUCK变换器的电路原理图

buck变换器采用平均电流模式控制，开关频率20 kHz，单位延时模块U1代表数字控制固有的一个周期延时。

PIL仿真的第一步是生成代码，既可以手工写代码，也可以用PSIM的SimCoder功能自动生成代码，本教程采用PSIM自动生成代码。

生成代码

首先对电路进行修改，在电流传感器后增加一个A/D转换器，用PWM发生器替代载波和比较器，并且定义硬件目标板。关于如何使用SimCoder，可详细参考教程“Tutorial - Auto Code Generation for F2833x Target.pdf”。

A/D转换器和PWM发生器都是PSIM’s F2833x Target库中的模型，仿真模拟了F28335 DSP硬件中的A/D转换器和PWM发生器的功能。修改后的电路如下图所示，黄色高亮显示的是A/D转换器和PWM发生器。

图 177、用于代码生成的buck变换器的电路原理图

注意A/D转换器有一个内置的输入限制，如果A/D转换器的输入模式设置为DC，则输入限制范围为0～+3V；如果输入模式设置为AC，限制范围为-1.5V～+1.5V。当输入超出限制范围，将会强制限定为边界值。例如，输入模式设置为DC，输入iL将被限制到0～+3V。

PSIM可以对该电路进行仿真，并可自动生成能运行在DSP硬件上的代码。点击菜单栏Simulate >> Generate Code，将会生成一个名称为“buck converter (simcoder) (C code)”的子文件夹，内含C代码和其他CCS必须的文件。拷贝一个该子文件夹的副本，命名为“buck converter (PIL) (C code)”，用于PIL仿真的代码修改。

修改PIL仿真的代码

产生代码后（手写或PSIM生成），第二步是确定与PSIM之间的接口变量。采用PIL模型作为接口，接口变量包括来自PSIM的信号（测量的电压或电流等）和发送给PSIM的信号（PWM调制信号等），下面是一些典型的接口变量：

来自于PSIM：A/D转换器的输出变量；

发送给PSIM：PWM发生器的输入，和任何其他用于显示/调试的内部变量。

例如，本例中来自PSIM的变量是A/D转换器的输出，发送给PSIM的变量是PWM发生器输入端的调制信号Vm，如果想监控内部信号Verr，可以将Verr作为额外的接口变量。

需要注意PWM发生器的输出不能作为接口变量，PWM发生器的输出是硬件输出引脚上的真实的PWM门级信号，不能直接发送给PSIM，PWM门级信号需要通过PSIM中的电路产生。

只需要修改两处代码：

所有的接口变量都必须定义为全局变量，接口变量初始化为0；

给ADC输出赋值的代码语句需要注释掉，这是因为硬件中实际的ADC引脚上没有输入，接口变量的值必须来自PSIM。

下面是“buck_converter__simcoder_.c” 文件中（位于子文件夹“buck converter (simcoder) (C code)”内）修改之前的原始的中断服务子程序代码：

从代码中可以确定接口变量：ADC输出fTI_ADC1和PWM发生器的输入fSUMP1，黄色高亮显示的fSUM1即为误差信号Verr。

采用文本编辑器打开子文件夹“buck converter (simcoder) (C code)”中的文件“buck_converter__simcoder_.c”，依据前面的说明进行修改，注意接口变量需要初始化为0。下面是修改后的代码。

黄色高亮显示的代码行是修改的部分，这些是：

变量fTI_ADC1、fSUM1和fSUMP1被定义为全局变量，同时在中断函数内部的定义都去掉了；

ADC的变量fTI_ADC1被注释掉。

然后编译修改后的代码。在CCS中，依次点击Project >> Import Legacy CCS v3.3 Project，选择文件夹“buck converter (PIL) (C code)”中的“buck_converter__simcoder_.pjt”。注意导入之前的CCS v3.3工程只能进行一次，一旦转换成CCS v6.1或更高的版本之后，即使是代码经过了修改，工程文件也可以直接打开。

在CCS环境下，依次点击Project >> Build All建立工程，在文件夹“buck converter (PIL) (C code)/RamDebug”中生成硬件可执行代码“buck_converter__simcoder_.out”，注意可执行代码也可以在RAM和Flash中进行编译。

2.2. 设置PSIM

要使原理图可以进行PIL仿真，需要保证支持CCS文件夹路径。如果CCS v5安装在“c:\TI\ccsv5”路径下或CCS v6安装在“c:\TI\ccsv6”路径下，不需要任何操作，因为PSIM已经包含了以上两个文件夹路径。如果CCS不是安装在上述两个文件夹路径下，需要通过Options >> Set Path将CCS的安装文件夹路径添加到PSIM的搜索路径中。

对之前的电路进行修改，除了PWM发生器和单位延时模块U1，移除控制电路，用PIL模型替代（PIL模型位于模型库中Elements>> Control >> PIL Module下）。保留单位延时模块的原因是PIL模型不包括任何延时。同时PIL的输入需要限制在0～3V范围内，这是为了模拟内置的A/D转换器的限幅特性，防止输入超出限定范围。

修改后的电路如下图所示。

图 178、用于PIL仿真的修改后的电路原理图

本例中，PIL模块的定义如下。

图 179、PIL模块的定义

当选项Run Code Composer Studio in simulation勾选上后，开始运行前需要等待CCS启动。同样，PIL仿真时不要退出CCS。如果需要在CCS中调试代码，在PSIM中点击Simulate >> Pause Simulation，将PIL仿真暂停保持，然后在CCS中进行单步调试。注意暂停时，PSIM传递给DSP的值保持不变，如要重新恢复仿真，在PSIM中点击Simulate >> Restart Simulation。

选择Run Code Composer Studio in simulation后，如果CCS未启动，而是出现了Eclipse平台资源窗口，如下图所示，需要找到Window >> Open Perspective，选择CCS Debug，将会打开CCS窗口。

图 180、CCS启动界面

需要注意，目前具有多重采样频率的PIL仿真还未经过验证，建议如果遇到多重采样频率的情况，采用最高采样频率对所有输入变量进行采样，然后经ADC之后降低所选变量的采样频率。例如，有两个输入，一个是10kHz，另一个是1kHz，对两个信号都采用10kHz进行采样，然后通过1-kHz的零阶保持器将第二个信号的采样频率降低为1kHz。

2.3. 设置硬件

PIL仿真唯一需要的硬件设置就是将控制器硬件连接至电脑，该例子中，通过USB连接线将TI的实验套件和电脑连接，如下图所示。