TMS320C5402 DSP在嵌入式測控系統中的應用

1 C5402DSP的應用特點

　　盡管從一般意義上講， 基于MCU（單片機）與DSP（數字信號處理器）這兩類器件的系統都有各自的用途，但現在很多新興的嵌入式應用，尤其是那些大型的復雜系統，在系統內同時實現信號與控制兩種處理，它們既需要DSP的功能又需要MCU的功能。筆者正是基于這種嘗試，在PID溫度控制系統中，將DSP 應用到MCU的應用場合，取得了較好的控制效果。隨著DSP（數字信號處理器）制造技術的發展，其成本已經下降到較低水平;而DSP的處理速度可滿足控制的實時性需求。本設計中選用了性價比高、運算能力強、實時性好的TMS320C5402 DSP來實現PID溫度控制算法。C5402DSP相對于單片機的主要優勢在于：首先，C5402DSP采用的是哈佛結構，有多組總線分別連接到程序存儲空間和數據存儲空間結構，片內有三組16bit數據總線CB、DB、EB和一組程序總線PB以及對應的4組地址線CBA、DBA、EBA、PBA;其次，具有硬件乘加器，包括一個17＊17bit乘法器和一個40bit專用加法器，可以在單周期內完成乘、加運算各一次，運算能力很強;還有，采用了流水線技術，指令具有6級流水線，相對于單片機而言，速度大大提高;另外，還具有串行口和并行口等外設，可滿足控制的輸入輸出要求。

2 系統硬件結構與工作原理

　　系統的硬件結構如圖1所示。本設計主要分為溫度采集和PID控制兩部分。DSP檢查所得溫度是否超過上下限值，若超過則報警并轉入相應處理;否則根據所要求的標準溫度值計算采集溫度與標準值的偏差e（n），轉入PID算法程序進行處理，得到輸出控制信號y（n），通過y（n）來控制加熱/降溫裝置進行工作，達到控溫的效果。

圖1 系統結構原理框圖

3 軟件設計

　　本設計主要包括主程序、溫度采集子程序、上下限溫度值查詢子程序、PID子程序等。其中，溫度采集子程序和PID子程序是核心，本文將著重介紹。

　　3.1 溫度采集程序

　　DSP芯片通過串口0與單總線溫度傳感器DS18B20的數據線相連，對現場溫度進行采集，DSP芯片TMS320C5402通過串口0讀出采集到的溫度并對它進行濾波處理;通過串口1寫中斷，調用顯示程序進行溫度顯示。為便于讀者參考，下面給出DS18B20的DSP溫度讀寫程序。

　　（1）DSP寫數據子程序

　　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讀數據子程序

　　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

　　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上的實現