基于dsPIC30F的脈沖氙燈驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計方案

高壓充放電電路
　　高壓充放電電路的原理如圖3所示，主電路由IGBT組成的全橋變換器、電容充放電電路、UCC3895控制電路、dsPIC30F控制電路、過流保護(hù)、放電檢測及輸入輸出整流濾波電路構(gòu)成。交流電220V輸入經(jīng)過二極管全橋整流后由電容高壓濾波，全橋變換器將輸入電壓變換成高頻交流脈沖電壓，通過高頻變壓器完成電壓匹配和高頻隔離功能，然后經(jīng)過輸出整流給充放電電容充電。電容充電完成后，dsPIC30F4011觸發(fā)可控硅VT1控制電容通過脈沖氙燈放電，產(chǎn)生弧光頻閃。同時dsPIC30F控制電路根據(jù)過流保護(hù)及放電檢測的信號封鎖IGBT及處理故障。

圖3 高壓充放電電路原理框圖

驅(qū)動系統(tǒng)的軟件設(shè)計
　　驅(qū)動系統(tǒng)的軟件主要由主程序和子程序模塊組成。主程序流程圖如圖4所示，主程序主要完成遠(yuǎn)程通信控制和手動控制的人機(jī)接口服務(wù)、面板顯示及故障處理。遠(yuǎn)程通信控制和手動控制時的程序流程基本一樣，如圖5所示，只是遠(yuǎn)程通信控制時是由單片機(jī)的串行通信完成計算機(jī)對單片機(jī)的指令傳輸?shù)?。子程序模塊包括輸入捕捉中斷、Timer1定時中斷、A/D轉(zhuǎn)換和處理子程序、高壓給定輸出子程序和串口通信子程序。

圖4 主程序流程圖

　　dsPIC30F4011具備許多允許器件與外界交換信息的外設(shè)，其中包括定時器、輸入捕捉模塊、10位A/D轉(zhuǎn)換器及串口通信的UART模塊，并由6路占空比隨時更新的PWM輸出[5]。

圖5 手動/遠(yuǎn)程通信控制程序流程圖

　　輸入捕捉中斷子程序主要是檢測輸入捕捉引腳上的輸入電平的每個下降沿并產(chǎn)生中斷，輸出同步觸發(fā)信號及IGBT封鎖信號，同時中斷標(biāo)志位被硬件置1，每次進(jìn)入輸入捕捉中斷后需對中斷標(biāo)志位軟件清零。另外，一次中斷完成后需對輸入捕捉控制寄存器清零復(fù)位，然后再重新配置參數(shù)，初始化輸入捕捉功能。
　　Timer1定時中斷子程序主要是通過設(shè)定Timer1定時器每延時0.1s產(chǎn)生一次中斷，同時中斷標(biāo)志位被硬件置1，由此產(chǎn)生10Hz且負(fù)脈寬為0.2ms的同步觸發(fā)信號及IGBT封鎖信號。每次進(jìn)入Timer1定時中斷后需對中斷標(biāo)志位軟件清零。
　　A/D轉(zhuǎn)換采用Timer3定時器定時，每10ms自動轉(zhuǎn)換的模式，即ADCON1 =0x0044；采用掃描輸入的方式，每16個采樣點(diǎn)后發(fā)生中斷，即ADCON2=0x043C。本系統(tǒng)使用了2路通道掃描輸入，一次轉(zhuǎn)換后，每路通道的信號都采集了8個采樣點(diǎn)，然后通過求平均值處理，減少了外界對數(shù)據(jù)的干擾，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可靠性。
　　高壓給定輸出子程序主要是利用dsPIC30F4011內(nèi)部的PWM發(fā)生器根據(jù)給定輸入的模擬量裝載相應(yīng)的占空比，從而輸出對應(yīng)不同高壓的給定值。配置PWM信號為獨(dú)立輸出模式PWMCON1=0x0101，運(yùn)行在自由模式PTCON=0x8040，并設(shè)定時間基值周期PTPER=0x7FFF。
　　串口中斷設(shè)定為最高中斷優(yōu)先級，使能接收中斷，禁止發(fā)送中斷。波特率發(fā)生器的值由公式U2BRG=FCY/(16×波特率)-1計算得到，其中FCY為指令周期時鐘頻率，波特率選擇9600bps，通過接收器和發(fā)送器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
結(jié)語
　　本文提出的基于dsPIC30F4011高性能數(shù)字信號控制器的脈沖氙燈驅(qū)動系統(tǒng)充分利用了dsPIC30F4011高性能數(shù)字信號控制器的內(nèi)部資源，提高了驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)行速度，而且簡化了電路設(shè)計，縮短了開發(fā)時間，降低了開發(fā)成本，提高了驅(qū)動的可靠性和抗干擾性。按照此方案研制的高速攝影閃光儀已經(jīng)成功調(diào)試并安裝運(yùn)行于道路檢測車。實(shí)際的調(diào)試和運(yùn)行表明，此驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、體積小，成本低，能驅(qū)動多種型號的脈沖氙燈。