TMS320F2812在多段液壓機(jī)械無極變速器中的應(yīng)用

1 引 言

　　液壓機(jī)械無極變速器由液壓傳動和機(jī)械傳動有機(jī)組合成，兼有液壓傳動無極調(diào)速與齒輪傳動高效率的特點(diǎn)，是一種功率較大的無極傳動形式，可以用在履帶車輛或大功率輪式車聯(lián)上。多段液壓機(jī)械無極變速器的液壓傳動部分與液壓機(jī)械無極變速器液壓部分沒有區(qū)別，但機(jī)械傳動采用帶換檔變速的傳動結(jié)構(gòu)，這樣增加變速器的變速范圍，提高傳動效率。

　　圖1是多段液壓機(jī)械無極變器的一種形式。液壓元件a和b構(gòu)成了液壓傳動的主體e；元件s，c，r構(gòu)成差動輪系，c1～c8是離合器，他們與后續(xù)的齒輪傳動系統(tǒng)構(gòu)成多擋傳動。通過調(diào)節(jié)液壓傳動部分的排量可以在單段中實(shí)現(xiàn)無極變速，對齒輪傳動進(jìn)行換擋可以實(shí)現(xiàn)多段變速。

2 TMS320F2812結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

　　TMS320F2812是美國德州儀器公司TI最新研制的一代32位定點(diǎn)數(shù)字信號處理器(DSP)芯片。每秒可以執(zhí)行150 M條指令，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，片內(nèi)存儲器資源包括：128 k×16 b POM，18 k×16 b的數(shù)據(jù)存儲器SARAM、片內(nèi)128 k×16 b的FLASH程序存儲器、4 k×16 b片上Boot ROM，1 k×16 b的一次可編程存儲器OTP。同時(shí)集成豐富的外設(shè)資源，主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)、事件管理器模塊(EV)、串行外設(shè)接口模塊(SPI)、串行通信接口模塊(SCI)、CAN控制器模塊(eCAN)等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

3 控制器硬件設(shè)計(jì)

　　圖3為基于TMS320F2812型DSP設(shè)計(jì)的變速器控制系統(tǒng)板的結(jié)構(gòu)框圖。

　　TMS320F2812由于強(qiáng)大功能與豐富的外設(shè)資源，非常適合使用于工業(yè)控制領(lǐng)域。但是其自身的特點(diǎn)決定進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要注意電源的設(shè)計(jì)，啟動方式，信號的處理等問題。

(1)電源模塊

　　TMS320F2812內(nèi)核電壓為1.8 V，外部I／O電壓為3.3 V。內(nèi)部FLASH具有低壓燒寫功能。但需要單獨(dú)且優(yōu)質(zhì)的3.3 V供電。同時(shí)芯片對于上電時(shí)序有一定的要求。所以采用TI公司的電源芯片TPS676D318。他是單輸入雙通道輸出電壓變換器。輸入電壓為5 V，輸出分別為1.8 V和3.3 V。同時(shí)通過MOS管BSS138控制電壓變換時(shí)序。使DSP的FLASH與外部I／O先上電，然后再對內(nèi)核上電，當(dāng)所有電壓達(dá)到穩(wěn)定值后，延時(shí)140～300 ms的時(shí)間，將控制板上的輸出使能信號PRORESET拉至高電平，這樣能夠保證系統(tǒng)正常工作。圖4為DSP的上電時(shí)序圖。

(2)系統(tǒng)的啟動模式

　　TMS320F2812有6種啟動方式，也就是從不同的存儲空間啟動程序。這樣就可以滿足不同的控制系統(tǒng)的要求。這6種控制方式分別為FLASH，SPI，SCI，HO，OTP與Parallel。這些啟動方式可以通過對DSP的SPICLK，SPISTEA，SCITXDA，MDXA四個(gè)控制針腳的組合來確定使用那一種控制方式。如表1所示給出不同的啟動方式對應(yīng)的組合方式。

　　本系統(tǒng)采用從內(nèi)部FLASH啟動的方式，所以采用表1中第一種組合方式。

(3)信號的處理

　　TMS320F2812具有56路，可編程，多用途通用I／O。其有著豐富的資源，但是他們的驅(qū)動電壓最高為3.3 V。而本控制系統(tǒng)的外部控制電路輸入信號為5 V，輸出驅(qū)動信號為12 V，需要對信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換處理，同時(shí)注意信號的隔離，提高抗干擾能力?？刂葡到y(tǒng)用到DSP的A／D轉(zhuǎn)換模塊。A／D功能單元精度高、轉(zhuǎn)換速度快。但是對噪聲干擾比較敏感。所以控制板對信號的處理很復(fù)雜。對控制板的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下的設(shè)計(jì)思想：電源系統(tǒng)要盡量簡化，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性與抗干擾能力；模擬電路的電源與數(shù)字電路的電源要做相應(yīng)的隔離處理。他們可以采用共地的方法，并在模擬地的引出點(diǎn)串接電感或是磁珠，進(jìn)行濾波處理。另外在CPU的電源與地引入端加上大面積的復(fù)銅減小阻抗。同時(shí)控制板的設(shè)計(jì)采用多層板的設(shè)計(jì)方案，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干擾的能力。

(4)控制器軟件設(shè)計(jì)

　　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案采用C語言進(jìn)行編程有以下幾方面的原因：

　?、賹τ诳刂葡到y(tǒng)來說最重要的性能要求就是系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，用匯編語言直接對片上寄存器，標(biāo)識位，數(shù)據(jù)存儲區(qū)等直接操作，同時(shí)還包含了大量的跳轉(zhuǎn)指令。對于大型的控制系統(tǒng)涉及大量的資源其穩(wěn)定性不能保障。

　　②利用C語言進(jìn)行程序容易將程序模塊化，封裝化，程序的結(jié)構(gòu)更清晰，有利于維護(hù)與憂化。

　?、跿I公司提供的程序開發(fā)工具CCS3.1支持C／C++。同時(shí)提供大量的基于C語言的程序庫，使程序開發(fā)更加方便與便捷。

　　采用C語言開發(fā)系統(tǒng)，應(yīng)遵循一下原則：

　　全局性 盡量保證系統(tǒng)個(gè)模塊負(fù)載的均衡；

　　正確性 數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密，盡可能利用試驗(yàn)驗(yàn)證；

　　結(jié)構(gòu)化 軟件設(shè)計(jì)做到層次化，模塊化，封裝化；

　　規(guī)范化 保證程序的易讀性，移植性和可維護(hù)性。

　　圖5為變速器控制器的手動控制的系統(tǒng)軟件的流程圖。

　　以下提供部分程序

4 結(jié) 果

　　完成控制系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì)。通過試驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到控制要求。在滿足工作要求的情況下能比較準(zhǔn)確地檢測到速度、電壓、壓力、溫度等信號，靈敏地響應(yīng)控制信號，完成控制要求。