1 引言
　　近年來，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片已經(jīng)廣泛用于自動(dòng)控制,、圖像處理,、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,、儀器儀表和家電等領(lǐng)域;DSP為數(shù)字信號(hào)處理提供了高效而可靠的硬件基礎(chǔ),。目前，應(yīng)用最廣泛的DSP芯片是TI（德州儀器）公司的產(chǎn)品,，TMS320C2000系列是該公司的適合于數(shù)字控制的一種DSP,。這種系列DSP芯片具有完美的性能并集成了閃存、高速A/D轉(zhuǎn)換器,、高性能的CAN模塊等,，因此使用它可以降低開發(fā)難度，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間,，有效地降低開發(fā)成本,，具有很高的性價(jià)比。TMS320LF2407芯片是TMS320C2000系列中最新的、集成度最高,、性能最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制DSP芯片,。
　　天然氣作為動(dòng)力能源是傳統(tǒng)燃料的理想替代品。各種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的專用電子控制系統(tǒng)不斷地涌現(xiàn),，使天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性,、經(jīng)濟(jì)性、排放性等各項(xiàng)性能不斷提高,。天然氣專用發(fā)動(dòng)機(jī)通過良好的控制可以比同等的汽油機(jī)和柴油機(jī)具有更低的排放,，并且動(dòng)力性能有很大的提高，因此選用高性能的DSP芯片設(shè)計(jì)好天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是非常重要的,。
2 TMS320LF2407芯片簡(jiǎn)介
　　DSP芯片是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器,。該芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器,，廣泛采用流水線操作,，提供特殊的指令，可以用來快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法,。
　　TMS320x24x系列數(shù)字信號(hào)處理器是TI（美國(guó)德州儀器）公司推出地一種面向數(shù)字馬達(dá)控制,、嵌入式控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)開發(fā)的新型可編程DSP芯片。TMS320LF240x是x24x系列DSP控制器中的新成員,，是為了滿足控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,。LF240x的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為Flash EEPROM，包括LF2402,、LF2406和LF2407三個(gè)型號(hào),。LF2407是x240x系列DSP控制器中功能最強(qiáng)、片上設(shè)施最完備地一個(gè)型號(hào),，被廣泛用于代碼開發(fā),、系統(tǒng)仿真及實(shí)際系統(tǒng)中，其主要特點(diǎn)：
　?。?） 采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù),，使得供電電壓降為3.3V，減小了控制器的功耗;30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33ns（30MHz）,，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力,。
　　（2） 兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB,，每個(gè)包括：兩個(gè)16位通用定時(shí)器;8個(gè)16位的脈寬調(diào)制（PWM）通道,。適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī),、步進(jìn)電機(jī)和逆變器等。
　　（3） 10位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns,，可選擇由兩個(gè)事件管理器來觸發(fā)兩個(gè)8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或一個(gè)16位通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器,。
3 TMS320LF2407芯片在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是選用單片機(jī)來控制，一是其運(yùn)行速度不高,，達(dá)不到很好的實(shí)時(shí)控制,，不能有效的起到在線檢測(cè)控制的效果;二是單片機(jī)的集成度較低，片上不具備運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)所需的專用外設(shè),，這就需要較多的元器件,，增加了系統(tǒng)電路的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的可靠性,。然而選用TI（美國(guó)德州儀器）公司的x240x系列DSP芯片,，片上集成了專用的運(yùn)動(dòng)控制外設(shè)電路，且其內(nèi)部的DSP核可提供更高的運(yùn)算速度,、運(yùn)算精度和處理大量數(shù)據(jù)運(yùn)算的能力,。DSP芯片能較好地滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，能夠比較方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法,。
　　3.1控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　控制系統(tǒng)的主要功能是通過兩個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器和一個(gè)溫度傳感器,，一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得信號(hào)來控制各缸的點(diǎn)火時(shí)間，另一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得信號(hào)來計(jì)算轉(zhuǎn)速,，溫度傳感器是測(cè)量排放尾氣的溫度,，通過測(cè)得的轉(zhuǎn)速和尾氣溫度來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，再根據(jù)一些控制規(guī)則來調(diào)節(jié)電磁閥來控制天然氣和空氣的進(jìn)氣量,，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定,，以提高天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。
　　控制系統(tǒng)采用TMS320LF2407的DSP芯片,，系統(tǒng)的外圍元件很少,，電路結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示：

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
　　1）人機(jī)接口部分的設(shè)計(jì)：
　　主要設(shè)計(jì)8位LED顯示和20鍵鍵盤,，一是為了轉(zhuǎn)速和排氣溫度的顯示,，一是點(diǎn)火角度的輸入和調(diào)整。采用了一種鍵盤和數(shù)碼管的智能控制芯片HD7279A和DSP芯片相連,，只需用DSP的4個(gè)I/O口,，能夠有效的減少硬件電路，提高系統(tǒng)可靠性,。由于TMS320LF2407的I/O口輸出都是3.3V,，和HD7279A引腳相連時(shí)可以加鉗位電路。
　　HD7279A是一片具有串行接口的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片,，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管和連接64鍵的鍵盤矩陣,，無(wú)需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng)LED,，單片即可完成LED顯示和鍵盤接口的全部功能。電路如圖2所示：
　　HD7279A應(yīng)連接共陰式數(shù)碼管,，應(yīng)用中無(wú)需用到的鍵盤和數(shù)碼管可以不連接,。若不用鍵盤，則圖2中的連接到鍵盤的8只10K電阻和8只100K下拉電阻均可以省去,。若使用了鍵盤,，則電路中的8只100K下拉電阻均不得省略。若不用數(shù)碼管,，則圖2中串入DP及SA-SG連線的8只0.2K電阻可省去,，否則不能省略。實(shí)際應(yīng)用中8只下拉電阻和8只鍵盤連接位選線DIG0-DIG7的8只位選電阻應(yīng)遵從一定的比例關(guān)系,，下拉電阻應(yīng)大于位選電阻的5倍而小于其50倍,，典型值為10倍。
　　HD7279A需要外接RC振蕩電路以供系統(tǒng)工作,，其典型值分別為R=1.5K,C=15pF,，若芯片無(wú)法正常工作，要首先檢查此振蕩電路,。

圖2 鍵盤和LED顯示
　　2）信號(hào)采集部分的設(shè)計(jì)
　　控制系統(tǒng)主要采集天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和排氣溫度,。
　　轉(zhuǎn)速傳感器采集的信號(hào)是脈沖信號(hào)經(jīng)過LF356放大，再經(jīng)過LM339比較器整形后,，通過光電隔離送到DSP的I/O口,，通過所得的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)來計(jì)算出轉(zhuǎn)速值。
　　排氣溫度在800度左右,，因此溫度信號(hào)使用K型熱電偶采得,，由AD590構(gòu)成熱電偶冷端溫度補(bǔ)償，經(jīng)過OP07放大后送到DSP的模擬信號(hào)端口,。電路框圖如圖3所示：

圖3 轉(zhuǎn)速,、溫度信號(hào)采集框圖
　　AD590是一種恒流源形式的溫度傳感器，只需在其二端加上一定的工作電壓,，則其輸出電流隨溫度變化產(chǎn)生線性變化,，溫度每變化1℃，輸出電流變化1μA,。采用AD590對(duì)熱電偶進(jìn)行溫度補(bǔ)償,，根據(jù)不同的熱電偶的塞貝克系數(shù)，選取合適的電阻,，使其讀數(shù)變化的電壓變化與熱電偶此時(shí)的冷端電動(dòng)勢(shì)抵消,，從而達(dá)到溫度補(bǔ)償。
　　3.2軟件設(shè)計(jì)
　　軟件采用匯編語(yǔ)言編寫,，使用TI公司的CC2000開發(fā)環(huán)境,，主程序主要是實(shí)現(xiàn)顯示功能和數(shù)據(jù)采集功能,。主程序流程圖如圖5所示：

圖4 主程序流程圖
　　在控制程序中，將計(jì)算出的轉(zhuǎn)速和溫度與期望值比較,，得出誤差和誤差變化率,，再根據(jù)制定好的控制規(guī)則來調(diào)整燃?xì)夂涂諝獾碾姶砰y,，從而改變?nèi)細(xì)夂涂諝獾倪M(jìn)氣量,，以便輸出恒定的轉(zhuǎn)速。DSP芯片內(nèi)部具有電動(dòng)機(jī)控制專用硬件機(jī)制,，能夠直接產(chǎn)生PWM波形,，這樣可以直接用來控制燃?xì)夂涂諝獾碾姶砰y。
4 結(jié)語(yǔ)
　　基于DSP芯片構(gòu)成的控制系統(tǒng)事實(shí)上是一個(gè)單片系統(tǒng),，因?yàn)檎麄€(gè)控制所需的各種功能都可由DSP芯片來實(shí)現(xiàn),。因此，可以減小目標(biāo)系統(tǒng)的體積,，減少外部元件的個(gè)數(shù),，增加系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于那些性能和精度要求高,、實(shí)時(shí)性強(qiáng),、體積小的場(chǎng)合，基于DSP芯片來構(gòu)成控制系統(tǒng)是具有很高性能價(jià)格比的實(shí)現(xiàn)方法,。
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