基于雙處理器的點焊控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 [日期：2004-12-8] 來源：電子技術(shù)應(yīng)用 作者：馮 桑 黃石生 李遠(yuǎn)波 朱若磊 [字體：模塊負(fù)責(zé)智能控制程序運算，MCU模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行人機(jī)對話，而信號的輸入輸出則由獨立的AD&IO模塊負(fù)責(zé)。模擬試驗表明，該硬件系統(tǒng)滿足工作要求。

關(guān)鍵詞：點焊控制 雙處理器 硬件設(shè)計

點焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電流通過焊件時產(chǎn)生的電阻熱熔化母材金屬，冷卻后形成焊點的一種電阻焊方法。其通電加熱時間一般為幾至幾十周波（一周波為0.02s），而電流有效值一般為幾至幾十KA。

點焊是一個高度非線性、存在多變量耦合作用和大量隨機(jī)不確定因素的過程，其形核處于封閉狀態(tài)，時間極短，特征信號提取困難，控制難度較大。

1 設(shè)計思想和總體方案

近年來，智能控制技術(shù)正被積極地引入點焊控制研究領(lǐng)域，但由于其算法高度復(fù)雜、計算密集，因此對系統(tǒng)的實時性要求越來越高。另一方面，DSP（數(shù)字信號處理器）技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。因此在本設(shè)計中，使用DSP作核心處理器，充分發(fā)揮其運算速度快的優(yōu)勢，并嘗試?yán)枚喾N智能控制算法對點焊進(jìn)行質(zhì)量控制，以提高焊點的質(zhì)量和可靠性。

在實際工作中，點焊需要設(shè)置的參數(shù)較多，操作者不得不依賴于各種手冊、說明書和/或?qū)＜揖幹频墓に囄募䜩磉M(jìn)行設(shè)備；而且在選定參數(shù)之后，往往還需要通過一系列的旋鈕、按鈕等開關(guān)進(jìn)行設(shè)置，操作復(fù)雜，容易造成混亂。因此在本設(shè)計中，應(yīng)用MCU（單片機(jī)）實現(xiàn)人機(jī)對話功能。通過鍵盤輸入和液晶顯示，既充分體現(xiàn)了數(shù)字化控制的優(yōu)勢，也有助于實現(xiàn)點焊專家系統(tǒng)。

由于點焊系統(tǒng)工作在大電流、強(qiáng)磁場的環(huán)境下，因此控制系統(tǒng)的抗干擾問題尤為重要，且DSP的工作頻率高，所以將信號的輸入、輸出部分和DSP、MCU模塊分開，設(shè)計獨立的AD&IO模塊。

系統(tǒng)的總體方案如圖1所示。

2 DSP模塊的設(shè)計

本系統(tǒng)選用了DSK-TMS320VC5402芯片作控制核心。DSP是TI公司提供的一套標(biāo)準(zhǔn)的DSP開發(fā)平臺，其目的是令使用者能較能地開發(fā)和應(yīng)用基于DSP的系統(tǒng)，為最終的目標(biāo)系統(tǒng)提供軟、硬件設(shè)計參考模板。有關(guān)DSK的具體說明請參閱有關(guān)的技術(shù)資料。

DSK提供了存儲器接口和外圍設(shè)備接口兩列擴(kuò)展接口。根據(jù)“灰箱法”的設(shè)計思想，不用完全理解DSK的內(nèi)部原理，只需在對其整體有一個基本了解的基礎(chǔ)上，選擇可能要用到的信號即可。因此專門設(shè)計了一塊轉(zhuǎn)接板，作為外圍電路與DSP之間通訊的橋梁。從DSP中引出了26個信號，如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)接板信號

信號名

作 用

電源與地信號+5V由DSK取出，使整個系統(tǒng)同時上電GND從DSK發(fā)出，保持系統(tǒng)的地信號相同用于A/D電路的信號ADEN用作TLV2544片選和使能信號X_FSX0發(fā)送同步幀，使A/D轉(zhuǎn)換開始X_DX0發(fā)送MCBSP對TLV2544的控制指令X_FSR0接收X_FSX0信號，使DSK和TLV2544保持同步X_CLKX0發(fā)送時鐘頻率信號給TLV2544X_CLKR0接收X_CLKX0時鐘，使DSK和TLV2544保持時鐘同步X_DR0接收TLV2544轉(zhuǎn)換好的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用于I/O電路的信號INPUT用作允許輸入信號OCLOCK用作輸出鎖存信號OUTPUT用作允許輸出信號X_D[07]接入數(shù)據(jù)總線，傳輸I/O數(shù)據(jù)

用于MPU模塊的控制信號

X_D[07]接入數(shù)據(jù)總線，傳輸DSP與MPU之間的通訊數(shù)據(jù)INT1MCU向DSP發(fā)出的通信請求信號X_IACKDSP向MCU發(fā)出的確認(rèn)信號X_XFDSP向MCU發(fā)出的通訊請求信號X_BIO3MCU向DSP發(fā)出的確認(rèn)信號

3 AD&IO模塊的設(shè)計

該模塊包括A/D轉(zhuǎn)換、輸入、輸出三部分電路，它們分別負(fù)責(zé)模擬信號的輸入和轉(zhuǎn)換以及開關(guān)信號的輸入和控制信號的輸出。

3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換器的選取主要考慮所采集的模擬信號的數(shù)量、精度及與DSP的速度匹配等，綜合考慮后，選用TI公司生產(chǎn)的12位4通道高速AD-TLV2544。

本設(shè)計