基于DSP的加速度計(jì)溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

過潤秋 任曉強(qiáng)　　摘 要：文中采用 texas instrument(ti)公司的tms320f240型dsp作為溫度控制系統(tǒng)的核心,完成系統(tǒng)4路溫度信號(hào)的采集、放大，數(shù)據(jù)送入dsp處理后輸出 4路pwm控制信號(hào)，經(jīng)光電隔離和功率放大后控制加熱片的工作，從而實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制,滿足系統(tǒng)的精度要求。
　　關(guān)鍵詞：加速度計(jì)；溫度控制；dsp；設(shè)計(jì)

1 引言
　近年來，數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)得到了高速發(fā)展，性價(jià)比不斷提高,廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,例如通信、語音處理、圖像處理、模式識(shí)別及工業(yè)控制等方面，并且日益顯示出巨大的優(yōu)越性。數(shù)字信號(hào)處理器利用專門或者通用的數(shù)字信號(hào)處理電路，以數(shù)字計(jì)算的方法對信號(hào)進(jìn)行處理，具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、體積小以及可靠性高的特點(diǎn)，可滿足對信號(hào)快速、精確、實(shí)時(shí)處理及控制的要求。文中以t1ms320f240型dsp為核心,設(shè)計(jì)了高精度的慣性導(dǎo)航加速計(jì)溫度控制系統(tǒng)。

2 tms320f240系列的基本特征
　　tms320f240將dsp的高速運(yùn)算能力和高效控制能力集于一體,其主要特點(diǎn)如下：
(1)核心cpu包括32位的中央算術(shù)邏輯單元(calu)、32位累加器、16位×16位并行乘法器、3個(gè)定標(biāo)移位寄存器和8個(gè)16位輔助寄存器,指令周期為50 ns(20 mi／s)，多數(shù)指令為單周期指令；
(2)片內(nèi)帶有544 bxl6位的數(shù)據(jù)／程序ram和16 kbxl6位的掩模rom或flash eeprclm,外部存儲(chǔ)器接口具有16位地址總線和16位數(shù)據(jù)總線,224 kbxl6位的最大可尋址寄存器空間：
(3)雙10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)雙路信號(hào)同時(shí)采樣，轉(zhuǎn)換時(shí)間可以根據(jù)需要編程設(shè)置．最短轉(zhuǎn)換時(shí)間為6．1 ij,s；
(4)6個(gè)外部中斷，包括電源驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷、復(fù)位、非屏蔽中斷nmi和3個(gè)可屏蔽中斷。

3 溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
基于dsp設(shè)計(jì)的溫度控制器利用dsp強(qiáng)大的高速運(yùn)算能力，以及其片內(nèi)集成的豐富的控制外圍部件和電路,從而簡化了電路的硬件設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)各種控制算法和控制策略,并通過異步串行通信接口來讀取用戶所需要的數(shù)據(jù),便于用戶分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此外，還具有脫離dsp的高溫硬件保護(hù)功能．可消除由于dsp系統(tǒng)意外失控所造成的系統(tǒng)超溫危險(xiǎn)，提高了溫度控制系統(tǒng)工作的可靠性和使用安全性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示?！?．1 信號(hào)采集及放大電路
信號(hào)采集電路是溫度控制系統(tǒng)的重要組成部分．其對溫度測量的精確性直接影響整個(gè)溫度控制系統(tǒng)的精度。故本系統(tǒng)選用性能穩(wěn)定的pt1000鉑熱電阻傳感器作為測量溫度信號(hào)的敏感元件。其阻值隨溫度的變化為：0℃時(shí)阻值為1 000ω，溫度系數(shù)為3．84ω℃。線性度小于0．5％。信號(hào)采集電路采用對稱的差動(dòng)式電橋測量溫度信號(hào)，鉑熱電阻器rt和精密電阻器r1、r2及r3組成測量電橋。x檢測為硬件保護(hù)電路的輸入信號(hào)，溫度信號(hào)采集及放大電路如圖2所示。
為了提高系統(tǒng)的采集精度，電橋采用美國模擬器件公司的高精度基準(zhǔn)電壓源ad586供電，并在其電橋前加一限流電阻ro使流過鉑熱電阻器rt的電流小于10 ma。以盡量減小鉑熱電阻器在工作時(shí)產(chǎn)生的自身熱效應(yīng)對溫度采集的影響。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，鉑熱電阻器rt的阻值也隨之變化，電橋輸出信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大并經(jīng)過相應(yīng)的偏置處理后。使其電壓滿足dsp片內(nèi)aid轉(zhuǎn)換器的電壓輸入范圍0 v一5 v，以進(jìn)行aid轉(zhuǎn)換。

3．2 外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展
在溫度控制過程中，需要采集和處理大量的數(shù)據(jù)。tms320f240固有的片上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間顯然不夠．而且。在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)如果有外部存儲(chǔ)器，只需將程序通過仿真接口下載到外部存儲(chǔ)器中而不需要再燒寫到片內(nèi)的rash中。這樣給程序調(diào)試帶來了方便．因此選用issi公司生產(chǎn)的is61c6416型靜態(tài)存儲(chǔ)器來擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。

is61c6416是采用cmos工藝制成的64 kxl6bit靜態(tài)存儲(chǔ)器．采用44引腳貼片式封裝，5．0 v供電．輸入輸出電平與ttl電平相兼容，并具有高速的讀寫訪問時(shí)間和低功耗工作方式。表1為is61c6416的工作方式真值表?！?is61c6416與tms320f240的接口電路非常簡單．其16條數(shù)據(jù)線和16條地址線直接與tms320f240相連接即可。由表1可知， is61c6416的工作方式由5條控制信號(hào)線控制，其中使能引腳和讀寫選擇引腳與dsp相連以控制