基于DSPTMS320F280x的模拟量输出控制器的设计

　　工业控制技术的不断发展，使得各种应用领域对工也控制系统的要求越来越高。更快的响应速度，更高的控制精度，更好的实时性是用户不断的要求和控制系统厂商不断追求的目标。作为控制系统的重要环节，模拟量输出控制器的主要功能是接受PC机和各类通信设备发出的指令信号，通过内部逻辑算法和硬件电路得到相应的模拟量值，用来控制伺服阀的开度，从而控制工艺运行状态。模拟量输出控制器的执行速度、输出精度关系着整个控制系统的控制质量。目前模拟量输出控制器主要是通过单片机和各种专用的芯片/电路，如专用的定时器，D/A转换电路，通信模块等配合实现的。但是由于单片机存在运行速度较慢、数据处理能力较弱以及内部资源不够丰富等固有的缺点，使得利用单片机所得到模拟量输出控制器的性能越来越达不到要求。

　　为从根本上解决此问题。本文以TI公司DSP芯片TMS320F2801为核心，结合DSP丰富的片内外设功能、流水线结构以及高效的特殊指令等优点，设计出模拟量输出控制器。

　　一 基于TMS320F280x的模拟量输出控制器的系统方案

　　数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，与通用微处理器相比，DSP有以下优点：

　　(1)存储器结构：DSP采用哈佛结构，程序和数据存储器在两个分开的空间中，因此取指令和执行能完全重叠运行，进一步提高运行速度和灵活性。

　　(2)流水线结构：将指令的执行分解为取指令、译码、取操作数和执行等几个阶段。在程序运行过程中，不同指令的不同阶段在时间上是重叠的。流水线结构提高了指令执行的整体速度。

　　(3)硬件乘法累加单元：DSP处理器适用专门的硬件来实现单周期乘法，并使用累计器寄存器来处理多个乘积的累加，同时DSP的指令集都包含有MAC指令。

　　(4)零开销循环：DSP有专门支持循环结构的硬件，使得在循环计数、条件转移等循环机制处理时无需花费任何时间。

　　(5)特殊的寻址方式：DSP支持特殊的寻址方式，从而减小遇到此部分寻址方式时的处理时间。

　　(6)高效的特殊指令：DSP指令集设计了特殊的DSP指令用于专门的数字信号处理操作。提高指令执行的并行度，加快完成此操作的速度。

　　(7)丰富的片内外设：根据应用领域的不同，DSP芯片内集成了多种类型的内外设。丰富的内外设提高了处理速度和数据吞吐能力、简化了接口设计，同时降低了系统功耗并节约了电路板空间。

　　本次设计中应用的芯片为TMS 320F2801。芯片内部具有16kB的Flash， 12kB的SARAM。由于采用哈佛结构、指令流水线操作、硬件乘法/累加器功能以及多种寻址方式使得芯片的操作速度大大增加。芯片提供PLL锁相环模块用来控制DSP内核的工作频率，使得芯片内核的执行速度可达到100Mb/s。同时，TMS320F2801提供丰富的PWM资源，包括6路的EPWM波和2路的APMW波，从而实现8路PWM的模拟量输出功能。