基于TMS320VC33的磁懸浮列車速控系統(tǒng)

　基于DSP的磁懸浮列車速控系統(tǒng)采用速度控制系統(tǒng)后，駕駛臺給出的不再是控制力的大小，而是速度大小，由速度控制平臺根據(jù)算法動態(tài)改變列車牽引力。司機(jī)只需要改變級位，其它工作都由速控系統(tǒng)來完成。這樣既減輕了司機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)又有助于提高列車的駕駛質(zhì)量?？紤]到主控PLC并不適合進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，我們?yōu)樗倏叵到y(tǒng)專門設(shè)計(jì)了硬件平臺，它以TMS320VC33(以下簡稱VC33)DSP為核心，配以相應(yīng)的接口，實(shí)現(xiàn)速度控制。

　　1 速控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　磁懸浮列車的運(yùn)行速度很高，因此要求速度控制系統(tǒng)具有極高的實(shí)時(shí)處理速度。VC33 DSP是一種32位浮點(diǎn)處理器，它采用0.18微米制造工藝，是C3X家族的最新一代產(chǎn)品。VC33的功能結(jié)構(gòu)與C31相似，但由于在時(shí)鐘、電源、存儲區(qū)設(shè)計(jì)上做了優(yōu)化，其工作速度更快(每條指令執(zhí)行只需13ns)、功耗更小，并集成了較大的片內(nèi)存儲區(qū)。

　　圖1虛線框中是速度控制系統(tǒng)的硬件平臺。它分為三部分：與駕駛臺的接口、DSP處理器、與PLC的接口。駕駛臺和PLC都是對數(shù)字I/O量進(jìn)行操作，I/O量使用的是110V電源電壓，而DSP平臺的數(shù)字I/O量都為3.3V~5V，因此必須在I/O接口實(shí)現(xiàn)110V I/O量與3.3V I/O量之間的轉(zhuǎn)換。檢測系統(tǒng)測量并通過CAN總線上傳列車的速度與位置信息，主控PLC和DSP使用RS485接口接收。

　　2 數(shù)字I/O量接口板的設(shè)計(jì)

　　I/O接口板(見圖2)用光耦芯片TLP521-4實(shí)現(xiàn)110V開關(guān)量與3.3V開關(guān)量之間的電平轉(zhuǎn)換。用LVT16245作為DSP目標(biāo)板與數(shù)字I/O轉(zhuǎn)換接口之間的鎖存器，控制數(shù)據(jù)流的方向，同時(shí)用作數(shù)據(jù)驅(qū)動器。它為三態(tài)輸出，未被選通時(shí)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。指示燈指示開關(guān)量信息。需要注意，R1、R2是限流電阻，考慮到功耗的關(guān)系，應(yīng)選用大功率電阻(如2W)。

　　3 DSP控制面板的設(shè)計(jì)

　　3.1 電源時(shí)鐘電路

　　不同于C3X家族的其它成員，VC33使用兩種電源供電，3.3V作為芯片的工作電壓，1.8V作為芯片核心的工作電壓。采用兩種供電電壓既可以保證芯片對外圍電路的驅(qū)動能力，又可以有效地降低芯片功耗，減小發(fā)熱量。通常的電源僅提供5V的標(biāo)準(zhǔn)電源電壓，因此使用TPS767D318進(jìn)行5V到3.3V和1.8V的電壓轉(zhuǎn)換，它可同時(shí)輸出3.3V和1.8V兩種電壓，最大可提供1A的電流。電源時(shí)鐘電路如圖３所示，圖中的二極管起保持輸出端電壓差的作用。

　　VC33 DSP強(qiáng)化了時(shí)鐘電路的作用，共有5個(gè)引腳作為時(shí)鐘電路的接入引腳。EXTCLK接外部時(shí)鐘源，此時(shí)DSP使用外部時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘，不用時(shí)該引腳接地；XIN、XOUT接外部晶體振蕩器，作為DSP的基準(zhǔn)時(shí)鐘源；CLKMD0、CLKMD1為時(shí)鐘模式選擇引腳，可基于基準(zhǔn)時(shí)鐘源調(diào)整DSP的運(yùn)行頻率，可選時(shí)鐘模式見表1。