基于TMS320F240 DSP的激勵器控制系統

　　1 引言

　　激勵器是為發(fā)射機提供高精度、高穩定載波的器件。目前許多激勵器的控制系統因其核心器件(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(wèn)題。DSP可實(shí)現復雜控制規律、抗干擾能力強、性?xún)r(jià)比高，是實(shí)現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設計與實(shí)現。

　　2 控制系統原理

　　該激勵器內5 MHz壓控晶振的輸出不能滿(mǎn)足頻差小于每天0．01 Hz的實(shí)際穩定性需求，因此需用標準的頻率信號(簡(jiǎn)稱(chēng)標頻)校正其晶振輸出的頻率(簡(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)小、信號輸出穩定、且滿(mǎn)足幅度要求。

　　圖l為激勵器模型。該控制系統插在鑒相電路板與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(shí)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(guò)程中控制系統對Vp進(jìn)行數據采集和數據處理，并使輸出控制電壓Vc加到壓控晶振的電壓控制端，調整各自振蕩頻率，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 控制系統設計

　　3．1 硬件電路設計

　　該控制系統的硬件電路主要由TMS320F240、復位電路、12位A／D轉換器與D／A轉換器接口電路、鍵盤(pán)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(jiǎn)介

　　根據該系統指標和任務(wù)要求，以及系統的性能和成本，TMS320F240采用高性能的DSP內核和微處理器的片內外圍設備完全滿(mǎn)足該控制系統設計。TMS320F240是傳統的微控制單元(MCU)和昂貴多片設計的一種廉價(jià)替代產(chǎn)品，每秒2千萬(wàn)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(guò)傳統的16位微控制器和微處理器的性能。

　　3．1．2 MD轉換接口設計

　　根據該系統的實(shí)際功能需求，考慮到MD轉換器的性?xún)r(jià)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(guān)鍵問(wèn)題：

　　(1)MAX1296輸出端與DSP的連接 A/D轉換器分為內部含有和不含輸出鎖存器兩種類(lèi)型，后者通過(guò)鎖存器或I／O接口與CPU相連；而前者則直接與CPU相連，本系統采用內部含有輸出鎖存器的MAX1296。圖3為其接口電路。

　　(2)MAX1296的啟動(dòng)方式 A／D轉換器需外加啟動(dòng)信號才能開(kāi)始工作，具有脈沖和電平兩種啟動(dòng)方式。MAX1296是脈沖啟動(dòng)轉換器。只要在A(yíng)／D轉換器的啟動(dòng)轉換輸入引腳加肩動(dòng)脈沖即可啟動(dòng)A／D轉換器。

　　3．1. 3 其他硬件電路設計

　　系統處理后的控制電壓值通過(guò)RC-232接口傳到PC機內，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(guò)大，則系統告警指示，維護人員通過(guò)鍵盤(pán)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，側重于數字運算、信號處理以及高速測控等通用目的的應用。該控制系統在軟件設計中用到外中斷、軟件定時(shí)器中斷、模數轉換中斷等。具體包括主程序及鍵盤(pán)處理、時(shí)鐘處理、定時(shí)校頻等子程序。主程序中，CPU首先初始化時(shí)鐘、工作狀態(tài)顯示、輸出控制電壓和有關(guān)寄存器等。若到達定時(shí)時(shí)間，則執行定時(shí)校頻子程序，否則循環(huán)執行主程序。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所處環(huán)境具有強磁強電干擾，故在系統的軟、硬件設計方面盡量考慮抗干擾，主要表現：(1)軟件設計采用抗脈沖干擾平均值法、算術(shù)平均值濾波法處理采集的數據；(2)系統+5 V電源由一個(gè)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(jìn)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(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)初步軟硬件調試，本控制系統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。