DSP和CAN總線在直流電機測試系統中的應用

　　F2810片內的事件管理器模塊可以提供多達16路的PWM輸出信號,最小的死區時間寬度是一個CPU時鐘周期,最小的PWM脈沖寬度和脈寬的增減量為一個CPU時鐘周期,可以很方便地用來控制直流電機[5]。由于電機要求的PWM控制信號的幅值是5～10V,因此從DSP輸出的PWM信號還需經過一個高速開關管反向器升壓后送至電機的PWM控制端。

　　2.3復位電路

　　系統的復位電路采用IMP708芯片，該芯片有上電復位、看門狗和電源監控功能。在系統的程序由于外部干擾導致“跑飛”時，IMP708的看門狗在一可選擇的時間間隔內產生復位信號熱啟動系統。IMP708具有電源監控功能，通過IMP708和DS1556的雙重監控能夠保證使系統可靠運行。

　　2.4鍵盤和液晶顯示電路（LCD）

　　鍵盤采用標準的PS/2口的小數字鍵盤,用來輸入設置參數。鍵盤和DSP之間采用復雜可編程邏輯器件（CPLD）作譯碼電路,將鍵盤的掃描碼映射到DSP的I/O擴展地址0x8001。當有鍵按下時,CPLD發送一個中斷信號到DSP,然后DSP從I/O擴展地址0x8001讀取掃描碼。液晶顯示模塊（LCD）和DSP之間通過CPLD譯碼,將命令控制I/O映射到地址0x8001,將數據控制I/O地址映射到0x8003和0x8004[6]。因為LCD是5V器件,所以其8位數據線不能和3.3V的DSP直接相連,需要在數據線上加電平隔離和轉換芯片74LS245。

3.CAN通信協議設計

　　CAN遵從OSI層模型,按照OSI標準模型，CAN結構劃分為兩層：數據鏈路層和物理層,它們由CAN控制器的硬件實現電平變換和幀的封裝。CAN網絡中包括4種不同類型的幀。其中,數據幀將數據由發送器傳至接收器;遠程幀由節點發送以請求具有相同ID標志符的數據幀;出錯幀可由任何節點發送,以控制總線錯誤;而超載幀用于提供先前和后續數據幀或遠程幀之間的附加延時。另外,數據幀和遠程幀以幀空間同先前幀隔開。在實際應用中,還需要建立自己的上層協議。在本系統設計中,采用簡單實用的“命令項加數據項”結構[3],其完整數據幀結構如圖5所示。考慮到工在業控制中,功能一般不多,因此命令項的長度設定為1B（可描述128種命令）。而在本控制系統中，命令所需參數一般不會大于7B，故數據項長度直接設為7B。

圖3　數據幀結構

4.軟件設計

　　系統的CAN應用節點部分采用的是BasicCAN程序，它包含初始化子程序、發送子程序、接收子程序三個部分。DSP軟件編寫采用的是TI公司的DSP集成開發環境CCS2000,它支持匯編語言和C語言編程。為了保證程序運行效率,核心算法FFT程序和中斷向量表程序采用匯編語言編寫,而其它程序都采用C語言編寫,使本系統軟件具有模塊化、結構化、可移植性好和調試方便的特點。系統的軟件執行過程是：首先是系統初始化工作,即設置寄存器、配置GPIO、定時器、A/D轉換器和外部中斷、啟動A/D轉換。然后檢測GPIO有沒有啟動信號,檢測到啟動信號后,從另一個GPIO發出控制信號給直流電機加電。從A/D轉換器里讀取電流信號數據,再通過求平均值得到電機的電流值;對輸出脈沖信號的數據進行FFT變換,求出基波的頻率,再根據電機的具體型號乘以一個系數得到電機的轉速。最后把測試電流和轉速送給LCD顯示,啟動CAN總線傳輸，把測試結果傳輸到上位PC機,以對數據進行保存和分析。軟件流程如圖4所示。

圖4軟件流程圖

5.結束語

　　本系統采用了以CAN總線構建了自動化小型直流電機測試系統，設計中以DSP芯片F2810為核心的自動測試單元能利用DSP的多路模擬量輸入通道和多路PWM輸出通道以及高速計算能力，同時實現對多個電機的準確、高效率的測試。該系統在測試速度、性價比和可維護性等方面均有明顯的優勢。

　　本文作者創新點：利用DSPTMS320F2810的多路輸入通道和多路PWM輸出通道，實現了在車間的一個測試節點上，一次接線就能完成電機所有占空比下的電流和轉速的測試，一個測試節點能同時測試多個電機，并通過CAN總線實現測試數據的的自動化處理。大大提高了測試效率，節省了成本。