關(guān)鍵詞：mcupiddsp溫度

1c5402dsp的應(yīng)用特點

　　盡管從一般意義上講，基于mcu（單片機(jī)）與dsp（數(shù)字信號處理器）這兩類器件的系統(tǒng)都有各自的用途，但現(xiàn)在很多新興的嵌入式應(yīng)用，尤其是那些大型的復(fù)雜系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)同時實現(xiàn)信號與控制兩種處理，它們既需要dsp的功能又需要mcu的功能。筆者正是基于這種嘗試，在pid溫度控制系統(tǒng)中，將dsp應(yīng)用到mcu的應(yīng)用場合，取得了較好的控制效果。隨著dsp（數(shù)字信號處理器）制造技術(shù)的發(fā)展，其成本已經(jīng)下降到較低水平;而dsp的處理速度可滿足控制的實時性需求。本設(shè)計中選用了性價比高、運算能力強(qiáng)、實時性好的tms320c5402dsp來實現(xiàn)pid溫度控制算法。c5402dsp相對于單片機(jī)的主要優(yōu)勢在于：首先，c5402dsp采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，有多組總線分別連接到程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有三組16bit數(shù)據(jù)總線cb、db、eb和一組程序總線pb以及對應(yīng)的4組地址線cba、dba、eba、pba;其次，具有硬件乘加器，包括一個17＊17bit乘法器和一個40bit專用加法器，可以在單周期內(nèi)完成乘、加運算各一次，運算能力很強(qiáng);還有，采用了流水線技術(shù)，指令具有6級流水線，相對于單片機(jī)而言，速度大大提高;另外，還具有串行口和并行口等外設(shè)，可滿足控制的輸入輸出要求。

2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與工作原理

　　系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。本設(shè)計主要分為溫度采集和pid控制兩部分。dsp檢查所得溫度是否超過上下限值，若超過則報警并轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理;否則根據(jù)所要求的標(biāo)準(zhǔn)溫度值計算采集溫度與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差e（n），轉(zhuǎn)入pid算法程序進(jìn)行處理，得到輸出控制信號y（n），通過y（n）來控制加熱/降溫裝置進(jìn)行工作，達(dá)到控溫的效果。

3軟件設(shè)計

　　本設(shè)計主要包括主程序、溫度采集子程序、上下限溫度值查詢子程序、pid子程序等。其中，溫度采集子程序和pid子程序是核心，本文將著重介紹。

　　3.1溫度采集程序

　　dsp芯片通過串口0與單總線溫度傳感器ds18b20的數(shù)據(jù)線相連，對現(xiàn)場溫度進(jìn)行采集，dsp芯片tms320c5402通過串口0讀出采集到的溫度并對它進(jìn)行濾波處理;通過串口1寫中斷，調(diào)用顯示程序進(jìn)行溫度顯示。為便于讀者參考，下面給出ds18b20的dsp溫度讀寫程序。

　�。�1）dsp寫數(shù)據(jù)子程序

　　tx0stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000010b,mcbsp0

　　rpt#100

　　nop

　　stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000000b,mcbsp0

　　rpt#1500

　　nop

　　stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000010b,mcbsp0

　　ret

　　（2）dsp讀數(shù)據(jù)子程序

　　rxstm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000010b,mcbsp0

　　rpt#120

　　nop

　　stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000000b,mcbsp0

　　rpt#120

　　stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000010b,mcbsp0

　　rpt#120

　　nop

　　ld#04h,a

　　stla,tmp

　　portwtmp,7h

　　stm#pcr0,spsa0

　　ldmcbsp0,a

　　and#0001h,a

　　bcrx1,aneq

　　rsbxc

　　brx2

　　rx1ssbxc

　　rx2rorb

　　ld#02h,a

　　stla,tmp

　　portwtmp,7h

　　ret

　　3.2pid算法在dsp上的實現(xiàn)

　　經(jīng)典pid控制算法的表達(dá)式為：

　　y（t）=kp＊[e（t）+1/ti＊∫e（t）dt+td＊de（t）/dt]（3.1）

　　式中：

　　y（t）—調(diào)節(jié)器的輸出信號

　　e（t）—調(diào)節(jié)器的偏差信號，它等于給定值與測量值之差

　　kp—調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)

　　ti—調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)

　　td—調(diào)節(jié)器的微分時間

　　為了用dsp實現(xiàn)上式，必須將其離散化，用數(shù)字形式描述為：

　　y（n）-y（n-1）=kp[e（n）-e（n-1）]+ki＊e（n）+kd[e（n）-2e（n-1）+e（n-2）]（3.2）

　　其中：

　　ki=kp＊t/ti;

　　kd=kp＊td/t

　　t—采樣周期

　　e（n）—第n次采樣的偏差;

　　e（n-1）—第n-1次采樣時的偏差;

　　e（n-2）—第n-2次采樣時的偏差。

　　由式（3.2）可知，要計算第n次輸出值y（n），