基于TMS320F240 DSP的激勵器控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1 引言
    激勵器是為發(fā)射機提供高精度、高穩(wěn)定載波的器件。目前許多激勵器的控制系統(tǒng)因其核心器件(如MCS-51)速度和精度的限制，存在頻率同步精度低，校頻速度慢等問題。DSP可實現(xiàn)復雜控制規(guī)律、抗干擾能力強、性價比高，是實現(xiàn)控制激勵器輸出精密載波的理想選擇。這里介紹以DSP器件TMS320F240為核心的激勵器控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)。

2 控制系統(tǒng)原理
    該激勵器內(nèi)5 MHz壓控晶振的輸出不能滿足頻差小于每天0．01 Hz的實際穩(wěn)定性需求，因此需用標準的頻率信號(簡稱標頻)校正其晶振輸出的頻率(簡稱校頻)。要提高輸出頻率精度，首先要處理好標頻，達到其頻率準確度高、抖動小、信號輸出穩(wěn)定、且滿足幅度要求。
    圖l為激勵器模型。該控制系統(tǒng)插在鑒相電路板與5 MHz壓控晶振(VCX0)間，與二者組成鎖相環(huán)路。鎖相環(huán)路以彩色電視副載波信號(4．43 MHz)為標頻，定時校對壓控晶振的頻率。鑒相電路輸出包含晶振頻差的電壓Vp。校頻過程中控制系統(tǒng)對Vp進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，并使輸出控制電壓Vc加到壓控晶振的電壓控制端，調(diào)整各自振蕩頻率，使其與標頻源的準確度一致。校頻完成后，系統(tǒng)保持校頻處理后的控制電壓，壓控晶振輸出校準后的頻率。

3 控制系統(tǒng)設計
3．1 硬件電路設計
    該控制系統(tǒng)的硬件電路主要由TMS320F240、復位電路、12位A／D轉換器與D／A轉換器接口電路、鍵盤與LED顯示接口電路、鑒相與輸出的狀態(tài)檢測指示、微型打印機并行接口以及系統(tǒng)與PC機通信的串行接口等組成。其結構如圖2所示。

3．1．1 TMS320F240簡介
    根據(jù)該系統(tǒng)指標和任務要求，以及系統(tǒng)的性能和成本，TMS320F240采用高性能的DSP內(nèi)核和微處理器的片內(nèi)外圍設備完全滿足該控制系統(tǒng)設計。TMS320F240是傳統(tǒng)的微控制單元(MCU)和昂貴多片設計的一種廉價替代產(chǎn)品，每秒2千萬條指令的處理速度，以及豐富的硬件接口資源，使其提供遠遠超過傳統(tǒng)的16位微控制器和微處理器的性能。
3．1．2 MD轉換接口設計
    根據(jù)該系統(tǒng)的實際功能需求，考慮到MD轉換器的性價比因素，選用MAXIM公司的MAX1296。A／D轉換器的接口設計中應注意以下關鍵問題：
    (1)MAX1296輸出端與DSP的連接 A/D轉換器分為內(nèi)部含有和不含輸出鎖存器兩種類型，后者通過鎖存器或I／O接口與CPU相連；而前者則直接與CPU相連，本系統(tǒng)采用內(nèi)部含有輸出鎖存器的MAX1296。圖3為其接口電路。

  [!--empirenews.page--]  (2)MAX1296的啟動方式 A／D轉換器需外加啟動信號才能開始工作，具有脈沖和電平兩種啟動方式。MAX1296是脈沖啟動轉換器。只要在A／D轉換器的啟動轉換輸入引腳加肩動脈沖即可啟動A／D轉換器。
3．1. 3 其他硬件電路設計
    系統(tǒng)處理后的控制電壓值通過RC-232接口傳到PC機內(nèi)，以供維護人員參考；并可直接送入微型打印機。若鑒相和輸出偏離過大，則系統(tǒng)告警指示，維護人員通過鍵盤輸入經(jīng)驗電壓值控制晶振。
3．2 軟件程序設計
    TMS320F240具有豐富的匯編指令系統(tǒng)，側重于數(shù)字運算、信號處理以及高速測控等通用目的的應用。該控制系統(tǒng)在軟件設計中用到外中斷、軟件定時器中斷、模數(shù)轉換中斷等。具體包括主程序及鍵盤處理、時鐘處理、定時校頻等子程序。主程序中，CPU首先初始化時鐘、工作狀態(tài)顯示、輸出控制電壓和有關寄存器等。若到達定時時間，則執(zhí)行定時校頻子程序，否則循環(huán)執(zhí)行主程序。圖4為其主程序流程。校頻子程序的部分程序段如下：

3．3 抗干擾設計
    由于本激勵器控制系統(tǒng)所處環(huán)境具有強磁強電干擾，故在系統(tǒng)的軟、硬件設計方面盡量考慮抗干擾，主要表現(xiàn)：(1)軟件設計采用抗脈沖干擾平均值法、算術平均值濾波法處理采集的數(shù)據(jù)；(2)系統(tǒng)+5 V電源由一個單獨的220 V降壓變壓器提取，以保證不受其他部件拔插和工作影響；(3)為確保A／D轉換器和D／A轉換器的轉換精度，MAX1296和MAX530的參考電壓均由精密基準源提供；(4)在MAX232E和TMS320F240之間采用光電隔離措施，二者之間使用光電耦合器，以避免干擾而對信號進行隔離傳輸；而且MAX232E的+5 V電源和其他電源也不能共用。

4 結束語
    經(jīng)過初步軟硬件調(diào)試，本控制系統(tǒng)大大加快了激勵器校頻的速度，使其校頻精度達到了指標要求(頻差遠小于每天0．01 Hz，校頻精度優(yōu)于5x10-10)，提高其強磁強電環(huán)境下的抗干擾能力，各項功能均達到預期設計目的。