TMS320C5402 DSP在嵌入式测控系统中的应用
1 C5402DSP的应用特点
尽管从一般意义上讲， 基于MCU（单片机）与DSP（数字信号处理器）这两类器件的系统都有各自的用途，但现在很多新兴的嵌入式应用，尤其是那些大型的复杂系统，在系统内同时实现信号与控制两种处理，它们既需要DSP的功能又需要MCU的功能。笔者正是基于这种尝试，在P屏蔽电感ID温度控制系统中，将DSP 应用到MCU的应用场合，取得了较好的控制效果。随着DSP（数字信号处理器）制造技术的发展，其成本已经下降到较低水平;而DSP的处理速度可满足控制的实时性需求。本设计中选用了性价比高、运算能力强、实时性好的TMS320C5402 DSP来实现PID温度控制算法。C5402DSP相对于单片机的主要优势在于：首先，C5402DSP采用的是哈佛结构，有多组总线分别连接到程序存储空间和数据存储空间结构，片内有三组16bit数据总线CB、DB、EB和一组程序总线PB以及对应的4组地址线CBA、DBA、EBA、PBA;其次，具有硬件乘加器，包括一个17＊17bit乘法器和一个40bit专用加法器，可以在单周期内完成乘、加运算各一次，运算能力很强;还有，采用了流水线技术，指令具有6级流水线，相对于单片机而言，速度大大提高;另外，还具有串行口和并行口等外设，可满足控制的输入输出要求。
2 系统硬件结构与工作原理
系统的硬件结构如图1所示。本设计主要分为温度采集和PID控制两部分。DSP检查所得温度是否超过上下限值，若超过则报警并转入相应处理;否则根据所要求的标准温度值计算采集温度与标准值的偏差e（n），转入PID算法程序进行处理，得到输出控制信号y（n），通过y（n）来控制加热/降温装置进行工作，达到控温的效果。
图1 系统结构原理框图
3 软件设计
本设计主要包括主程序、温度采集子程序、上下限温度值查询子程序、PID子程序等。其中，温度采集子程序和PID子程序是核心，本文将着重介绍。
3.1 温度采集程序
DSP芯片通过串口0与单总线温度传感器DS18B20的数据线相连，对现场温度进行采集，DSP芯片TMS320C5402通过串口电感器生产0读出采集到的温度并对它进行滤波处理;通过串口1写中断，调用显示程序进行温度显示。为便于读者参考，下面给出DS18B20的DSP温度读写程序。
（1）DSP写数据子程序
TX0 STM #PCR0,SPSA0
STM #0011001000000010B,McBSP0
RPT #100
NOP
STM #PCR0,SPSA0
STM #0011001000000000B,McBSP0
RPT #1500
NOP
STM #PCR0,SPSA0
STM #0011001000000010B,McBSP0
RET
（2）DSP读数据子程序
RX STM #PCR0,SPSA0
STM #0011001000000010B,McBSP0
RPT #120
NOP
STM #PCR0,SPSA0
STM #0011001000000000B,McBSP0
RPT #120
STM #PCR0,SPSA0
STM #0011001000000010B,McBSP0
RPT #120
NOP电感生产厂家
LD #04H,A
STL A,TMP
PORTW TMP,7H
STM #PCR0,SPSA0
LD McBSP0,A
AND #0001H,A
BC RX1, ANEQ
RSBX C
B RX2
RX1 SSBX C
RX2 ROR B
LD #02H,A
STL A,TMP
PORTW TMP,7H
RET
3.2 PID算法在DSP上的实现
经典PID控制算法的表达式为：
y（t）=KP＊[e（t）+1电感生产/ TI ＊∫e （t）dt+TD ＊de（t）/dt] （3.1）
式中：
y（t）—调节器的输出信号
e（t） —调节器的偏差信号，它等于给定值与测量值之差
KP—调节器的比例系数
TI—调节器的积分系数
TD—调节器的微分时间
为了用DSP实现上式，必须将其离散化，用数字形式描述为：
y（n）-y（n-1）=KP[e（n）-e（n-1）]+KI＊e（n）+KD[e（n）-2e（n-1）+e（n-2）] （3.2）
其中：
KI=KP＊T/TI ;
KD=KP＊TD/T
T—采样周期
e （n） —第n次采样的偏差;
e（n-1） —第n-1次采样时的偏一体成型电感差;
e（n-2） —第n-2次采样时的偏差。
由式（3.2）可知，要计算第n次输出值y（n），只要知道y（n-1），e（n）、e（n-1）、e（n-2）即可。
式（3.2）还可以表示为下式：
y（n）- y（n-1）=d0＊e（n）+d1＊e（n-1）+d2＊e（n-2） （3.3）
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