TMS320C5402 DSP在嵌入式測控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 C5402DSP的應(yīng)用特點(diǎn)

　　盡管從一般意義上講， 基于MCU（單片機(jī)）與DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）這兩類器件的系統(tǒng)都有各自的用途，但現(xiàn)在很多新興的嵌入式應(yīng)用，尤其是那些大型的復(fù)雜系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(tǒng)中，將DSP 應(yīng)用到MCU的應(yīng)用場合，取得了較好的控制效果。隨著DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）制造技術(shù)的發(fā)展，其成本已經(jīng)下降到較低水平;而DSP的處理速度可滿足控制的實(shí)時(shí)性需求。本設(shè)計(jì)中選用了性價(jià)比高、運(yùn)算能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好的TMS320C5402 DSP來實(shí)現(xiàn)PID溫度控制算法。C5402DSP相對(duì)于單片機(jī)的主要優(yōu)勢在于：首先，C5402DSP采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，有多組總線分別連接到程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有三組16bit數(shù)據(jù)總線CB、DB、EB和一組程序總線PB以及對(duì)應(yīng)的4組地址線CBA、DBA、EBA、PBA;其次，具有硬件乘加器，包括一個(gè)17＊17bit乘法器和一個(gè)40bit專用加法器，可以在單周期內(nèi)完成乘、加運(yùn)算各一次，運(yùn)算能力很強(qiáng);還有，采用了流水線技術(shù)，指令具有6級(jí)流水線，相對(duì)于單片機(jī)而言，速度大大提高;另外，還具有串行口和并行口等外設(shè)，可滿足控制的輸入輸出要求。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與工作原理

　　系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。本設(shè)計(jì)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(bào)警并轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理;否則根據(jù)所要求的標(biāo)準(zhǔn)溫度值計(jì)算采集溫度與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差e（n），轉(zhuǎn)入PID算法程序進(jìn)行處理，得到輸出控制信號(hào)y（n），通過y（n）來控制加熱/降溫裝置進(jìn)行工作，達(dá)到控溫的效果。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖

3 軟件設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)線相連，對(duì)現(xiàn)場溫度進(jìn)行采集，DSP芯片TMS320C5402通過串口0讀出采集到的溫度并對(duì)它進(jìn)行濾波處理;通過串口1寫中斷，調(diào)用顯示程序進(jìn)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。

　?。?）DSP寫數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)