基于DSP芯片TMS320LF2407的天然氣發動機控制系統

?

　　1 引言

　　近年來，數字信號處理器(DSP)芯片已經廣泛用于自動控制、圖像處理、通信技術、網絡設備、儀器儀表和家電等領域;DSP為數字信號處理提供了高效而可靠的硬件基礎。目前，應用最廣泛的DSP芯片是TI(德州儀器)公司的產品，TMS320C2000系列是該公司的適合于數字控制的一種DSP。這種系列DSP芯片具有完美的性能并集成了閃存、高速A/D轉換器、高性能的CAN模塊等，因此使用它可以降低開發難度，縮短產品開發時間，有效地降低開發成本，具有很高的性價比。TMS320LF2407芯片是TMS320C2000系列中最新的、集成度最高、性能最強的運動控制DSP芯片。

　　天然氣作為動力能源是傳統燃料的理想替代品。各種天然氣發動機的專用電子控制系統不斷地涌現，使天然氣發動機的動力性、經濟性、排放性等各項性能不斷提高。天然氣專用發動機通過良好的控制可以比同等的汽油機和柴油機具有更低的排放，并且動力性能有很大的提高，因此選用高性能的DSP芯片設計好天然氣發動機控制系統是非常重要的。

　　2 TMS320LF2407芯片簡介

　　DSP芯片是一種具有特殊結構的微處理器。該芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的指令，可以用來快速地實現各種數字信號處理算法。

　　TMS320x24x系列數字信號處理器是TI(美國德州儀器)公司推出地一種面向數字馬達控制、嵌入式控制系統和數字控制系統開發的新型可編程DSP芯片。TMS320LF240x是x24x系列DSP控制器中的新成員，是為了滿足控制應用而設計的。LF240x的片內程序存儲器為Flash EEPROM，包括LF2402、LF2406和LF2407三個型號。LF2407是x240x系列DSP控制器*能最強、片上設施最完備地一個型號，被廣泛用于代碼開發、系統仿真及實際系統中，其主要特點：

　　(1) 采用高性能靜態CMOS技術，使得供電電壓降為3.3V，減小了控制器的功耗;30MIPS的執行速度使得指令周期縮短到33ns(30MHz)，從而提高了控制器的實時控制能力。

　　(2) 兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個包括：兩個16位通用定時器;8個16位的脈寬調制(PWM)通道。適用于控制交流感應電機、無刷直流電機、步進電機和逆變器等。

　　(3) 10位A/D轉換器最小轉換時間為500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發兩個8通道輸入A/D轉換器或一個16位通道輸入的A/D轉換器。

　　3 TMS320LF2407芯片在天然氣發動機控制系統中的應用

　　傳統的控制系統是選用單片機來控制，一是其運行速度不高，達不到很好的實時控制，不能有效的起到在線檢測控制的效果;二是單片機的集成度較低，片上不具備運動控制系統所需的專用外設，這就需要較多的元器件，增加了系統電路的復雜性，降低了系統的可靠性。然而選用TI(美國德州儀器)公司的x240x系列DSP芯片，片上集成了專用的運動控制外設電路，且其內部的DSP核可提供更高的運算速度、運算精度和處理大量數據運算的能力。DSP芯片能較好地滿足系統的實時性要求，能夠比較方便實現復雜的控制算法。

　　3.1控制系統的硬件設計

　　控制系統的主要功能是通過兩個轉速傳感器和一個溫度傳感器，一個轉速傳感器測得信號來控制各缸的點火時間，另一個轉速傳感器測得信號來計算轉速，溫度傳感器是測量排放尾氣的溫度，通過測得的轉速和尾氣溫度來判斷發動機的運行情況，再根據一些控制規則來調節電磁閥來控制天然氣和空氣的進氣量，從而使發動機的轉速恒定，以提高天然氣發動機的動力性能。

　　控制系統采用TMS320LF2407的DSP芯片，系統的外圍元件很少，電路結構很簡單，系統結構簡圖如圖1所示：

?

　　圖1系統結構簡圖