基于DSP的数字自整机控制器设计

图 2 D SC 控制器电路图
2009 年第 7期 2 航向发生器软件设计
仪 表 技 术
# end if # ifdef ined DYAM I C _D I GI T _CHANG E dsp_ anl2d igit_treat( ) ; / /动态方式取得数字量 ; # end if } # dsp_treat_comm ( ) { # / /命令控制 ;
DSC 转换器的输出要有一定的圆滑性 , 所以数字 输入端的输入间隔一定要尽可能得小 , 即输入频率要 高 , 并且数字变化要平缓, 相隔的数字输入不能相差太 大。本 文采 用 400H z 作 为 频率 , 而 对于 数 字差 , 用 400 H z作为采样频率。在这样的硬性要求之下 , 对程 序的实现有一定的挑战 , 即从采样点的获取到转换成 14 位数字的时间不能超过 2 . 5m s, 对每个输出点 , 从数 字转换到命令 控制、 命令适配、 DSC 驱动的时 间要在 2 . 5m s内完成。系统设计的初衷是对任何三相变化模 拟输出都能做到。在本文中, 把数字转换改变为静态 处理, 即在产生模拟输出前把数字转换完成存放到数 字管理库中 , 这样三相变化模拟输出就不能是任意的, 只能是预定的, 例如前面的阶跃信号、 正弦信号、 匀速 信号。 以正弦信号为例阐明这个过程。当 DSP 接收到 命令后 , 进行参数处理 dsp_treat_para( ); 参数处理后, 进行数字转换, 分为动态和静态 dsp _ an l2 dig it( ) ; 接 下是命令控制, 这里有个定时器 t i m er , 负责频率产生, 如果在 2. 5m s内还没有新数字传下来就出错, 进行调 整 , dsp_treat_comm ( ); 最后通过命令适配把数字输入 到驱动器中 dsp_drv_interface( ) 。关键代码如下 :
2009 年第 7期
仪 表 技 术
25基于Biblioteka DSP 的数字自整机控制器设计古文海 , 王长江, 黄 静 , 孙玉国 (上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093)
摘要 : 针对航向仪三相交流信号的 输出问题 , 用 DSC( 数字 自整角 转换器 ) 作为数字角与模拟信号的接口 , 用 D SP芯 片作控制 器 , 产生阶跃 、 正弦和匀速等三 种典型测试信号 ; 具有精度高 , 稳定性好的模拟信号量 。 关键词 : 航向信号发生器 ; D SP ; DSC 中图分类号 : TM 930 文献标识码 : B 文章编号 : 1006- 2394( 2009) 07- 0025- 03
图 1 D SC 原理框图
收稿日期 : 2008- 12 作者简介 : 古文海 ( 1983 ) , 男 , 硕士研究生 , 研究方向为信息获取模块光机电综 合设计 ; 孙玉国 ( 1973
), 男 , 博士 , 副教授。
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仪 表 技 术 电压输出随 式 ( 1 )表示: 其中: 的组合变化而变化, 而 =∀
表 1 数字全角 量输入端与角度量的关系
数字端 1 2 3 4 5 6 7 角度值 ( 单位 : 度 ) 180 90 45 22. 5 11. 25 5. 625 2. 8125 数字端 8 9 10 11 12 13 14 角度值 ( 单位 : 度 ) 1 . 40625 0 . 703125 0. 3515625 0. 17578125 0. 087890625 0. 0439453125 0. 02197265625
i
* xi
表示数字端 i 对应的角度值 , x i 表示第 i
个数字端的有效值, x i 为 0 或 1 。 例如: 值为 68度 , 那么 = 45+ 22 . 5+ 0 . 3515625 + 0 . 087890625 + 0 . 0439453125 , 对应的数字端分别为 3 、 4 、 10 、 12 、 13 , 也即
3
、 4、 10、 12、 13的值有效 , x 3、 x 4、
x 10、 x 12、 x 13为 1 。 当 由 0 突变到某定值时, 可以产生阶跃信号; 当 由 0 依一定时间缓变到设定值时会产生正弦信号; 当 是某一定值时会产生匀速信号。 1 . 3 DSP 控制电路 如图 2 所示 , T I公司的 TM S320F2812 DSP 芯片作 为数字处理及数字传输的数字处理芯片。 DSP 2812 接 收到上位机 发送的命令 , 经过处理后 输出到 DSC 芯 片 , 由 DSC 芯 片 输 出 三 相 的 正 弦 波 模 拟 信 号。 DSP2812与上位机的通信 采用 DSP 的外设串 行通信 接口 SC I 进行 , 传输速率 19200b its/ s。 U 1、 U 5 处理外 部 5V 电压源 , 向 DSP芯片电源模块 U3 提供适当的稳 定的工作电压, U 4 提供芯片的复位信号。
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系统软件结构如图 3所示, 接收到命令后, 进行参 数处理 dsp_treat_para( ), 到数据库取得数字参数 dsp db_ get _ dig it _para ( ), 再 调用 接 口 数 字 转 换 dsp _ an l2 digit( ), 最后通过命令适配层调用 DSC 驱动。
为了控制精度, 可以采取适当四舍五入处理, 本文 采用小数点后四位。 输出的自整角机信号为: VS1 - VS3 = KE 0 sin tsin VS3 - VS2 = KE 0 sin tsin ( + 120!) VS2 - VS1 = KE 0 sin tsin ( + 240!) 其中: E 0 sin t是参考电压输入, K 是电压比, 三相
R esearch on D igital Synchrony Controller Based on D SP
GU W en ha, i WANG Chang jia ng , HUANG Jin g , SUN Yu guo
( U niversity of Shanghai fo r Sc ience and T echno logy, School o fO ptical E lectr ica l and Co m pute r Eng ineering , Shangha i 200093 , Ch ina)
i
2009 年第 7期 的组合可以由 ( 1)
数字输入端是 DSP 数字处理的输出端, 接收 DSP 处理后的数据。 S1 , S2 , S3是三相模拟电压输出端, 数 字控制量 14 位二进制数据的输入和控制开关共同控 制三相模拟电压 的输出。 1~ 14 为数 字全角量 输入 端 , 与角度量的关系如表 1 。
jude_and_ reset_ ti m er( ) ; / /判断是 否超时 2. 5m s , 超 时丢弃 本次数字输入量 , 并计数处理 ; 没有超时则刷新定时器 , 重新计时 ; dsp_drv_ interface( ) ; } } / /数字输入到驱动器 ;
3 结论 本文对基于 DSC 及 DSP 的航向信号发生器研制 进行了讨论 , 阐述了用数字方式处理模拟量提高模拟
dsp_treat_para ( ) { # dspdb_get_d ig it_para( ) # start_ ti m er( ) ; # dsp _ an l2 digit( ) { # ifdef ined STAT I C _D IG I T _CHANG E dspdb _get_an l2d igit( ) ; / /静态方式取得数字量 ; / /模拟量向数字量转换 ; / /开启定时器 , 产生 400H z频率 ; / /到数据库取得数字参数 ; / /接收到命令参数 , 进行参数处理 ;
0 引言 飞机航向仪输出的是包含飞行航向的三相交流信 号 , 其信号送到机载火控系统作为火控系统的控制信 号的激励。内场维修的环境下, 由于没有真实的航向 信号, 激励源的缺失给机载火控系统的检测信号、 排除 故障工作带来极大的困难。针对上述问题 , 本文对航 向仪信号发生器的研制进行了研究。航向仪信号发生 器设计方案有机械模拟式和 DSC ( 数字自整角 ) 方式。 机械模拟式采用与真实航向仪相同的自整角发送机, 通过一定的机械模拟装置对自整角发送机转子的转动 来产生飞机的航向信号 ; DSC 方式是将数字控制器输 入的数字角度转化成自整角机的三相模拟电压。 DSC 是计算机与伺服系统之间的理想接口 , 在火控系统目 标跟踪 , 高炮或发射架伺服系统中有重要应用。因此 基于数字 /自 整角转换器 ( DSC ) 和 DSP 控制芯片的数 字式航向信号发生器是理想的选择。 1 航向发生器硬件设计 1 . 1 阶跃信号、 正弦信号、 匀速信号
Abstract : In the fie ld o f the p la ne m endin g , th e d irection sig na l generator is i m portant to check out w he th er the departm ent is ok or no. t T he DSP processo r is used as the system s m a in contro l chip , and the DSC ( D ig ital Synchrony Converter) as the in terface of the dig ita l ang le sig na l to ana log sig na.l T his system is researched based on three typ ica l kin ds of sig na:l I m pu lse sig na,l S in e signa, l and Average signa. l Before converting dig ita l sig na l to analog signa,l w e have a processio n of signal in sid e of DSP, m aking it smooth and sa m p ling the sig na l w ith a h igh rate . Then , the fina l w an ted ana lo g signa l w ill be g iven out from DSC, wh ich has th e characterist ics of high precision , h igh reliab ility , and high stab ility . K ey w ord s : course sig na l generator ; DSP; DSC 针对飞机航向仪信号、 火控伺服系统动态特性检 测的需要, 研制的航向发生器需要产生 3 种典型的激 励信号 : ( 1) 阶跃信号, ( 2)正弦信号, ( 3) 匀速信号 , 为 飞机航向仪、 机载火控系统的内场检修与数字化改造 奠定基础, 具有重要的工程应用价值。 1 . 2 DSC 数字自整角转换器 发生器用的 DSC 是属于杰瑞的薄型数字 自整角 机 14SZZ / SXZ - L 系列。 14SZZ / SXZ - L 系列转换器 是一种全电子的自整角机 /旋转变压器模拟输出装置, 其功能是将输入的数字全角量转换成自整角机 /旋 转 变压器形式的模拟电压输出。利用这个接口可以方便 地用数字的方式控制三相模拟电压的输出 , 原理框图 如图 1 所示。