基于TMS320F240的PID和PWM温度控制

　　1　系统组成

　　系统采用Pt100作为敏感元件。温度调理芯片AD7711对其施加激励电流,Pt100两端的电压差分输入AD7711,经滤波、放大、A/D后,串行送至TMS320F240。TMS320F240在计数器周期中断的控制下以一定的频率读取温度的A/D码,并进行数字滤波得到温度数据。控制器TMS320F240在接收到串口的控温指令和温度数据后,把采集到的实时温度与控温要求的温度相比较进行PID计算得出控制量,用该控制量去控制主电路的电流方向和PWM输出。电流方向决定对控温对象加热还是制冷,PWM的输出经光耦隔离去驱动功率MOSFET从而达到控制热电模块加热或调节制冷功率的目的。PID参数也可以通过串行口进行实时修改。

　　1.1　测温电路

　　测温的敏感元件为Pt100,温度调理芯片为AD7711,滤波器设定的截止频率为100Hz,可编程运算放大器设定64倍,A/D转换设定为16位,该芯片以串行方式在微处理器的控制下工作。处理器对AD7711读数的频率为20Hz,该采样频率在处理器定时器T3周期中断的控制下采样温度,并在该中断处理中调用PID处理函数,计算控制量。

　　1.2　微处理器电路

　　DSP有三个通用定时器,12路PWM输出,四路捕获单元,一个正交编码脉冲电路,以上片内外设都有相应的中断向量入口地址。

　　该控制器具有完整的晶振、复位电路,通常在电阻电容复位方式的基础上加上门电路驱动以保证复位可靠。对于DSP的上电复位,用引脚或(41)都可以。外扩16KRAM在调试时下载程序,RAM片选线应接外部程序片选线PS(131),读写片选线分别接。

　　F240的事件管理(EVM)有三个通用定时器,作为PWM工作的时间基准。PWM7~9是三个比较单元的输出,设计中选用T2为时基;计数方式采用连续增减计数模式, T2起三角波发生器的作用。T3定时器控制温度采样、PID计算的频率; PID计算结果与T2的三角波数据比较,输出PWM7/8/9去控制三路热电模块。

　　DSP用一片MAX232来完成电平转换,与PC串口相连(三线方式)。对于DB9串口,5脚公用地直接相连,用以发送、接收的3、2脚交叉相连。

　　1.3　主电路

　　电路工作时,主桥臂4个MOSFET控制热电模块电流方向,从而控制对温控对象加热还是制冷。经温度PID计算后,给定的三路PWM输出波经光耦、MOS-FET驱动器,去控制各支路的功率强度;三路之间的脉宽相对关系相对控温对象沿长度方向上的温度均一性进行调整。

　　2　软件

　　2.1　DSP中断的使用

　　TMS320F240的中断向量表位于0000~003F地址,每个中断占两个字的空间,所以中断号N的中断入口地址为N*2。当中断发生时,程序作相应的环境保护后,跳转至相应的中断入口地址。在该中断地址烧写跳转至中断处理函数的语句,如:“B c int3”。可以单独建一中断向量表跳转汇编文件,并以指令“.sect″.vecs″”将该文件的内容汇编至vecs段,在cmd文件中将vecs段装载入程序区(PAGE0)的0000开始的地址。完成上述操作后,当中断发生时就可以跳转入中断处理函数进行处理。为了使中断能发生,需要打开相应中断源的屏蔽位。F240中的可屏蔽硬件中断的屏蔽位有三级:一位于ST0中的INTM位,用以屏蔽所有可屏蔽硬件中断,二位于数据存储区0004地址的IMR,用以屏蔽INT1~INT6,三位于片内外设的具体事件控制寄存器中。例如,希望串口接收PC数据中断发生: