TMS320F2812在多段液壓機械無極變速器中的應(yīng)用

1 引 言

　　液壓機械無極變速器由液壓傳動和機械傳動有機組合成，兼有液壓傳動無極調(diào)速與齒輪傳動高效率的特點，是一種功率較大的無極傳動形式，可以用在履帶車輛或大功率輪式車聯(lián)上。多段液壓機械無極變速器的液壓傳動部分與液壓機械無極變速器液壓部分沒有區(qū)別，但機械傳動采用帶換檔變速的傳動結(jié)構(gòu)，這樣增加變速器的變速范圍，提高傳動效率。

　　圖1是多段液壓機械無極變器的一種形式。液壓元件a和b構(gòu)成了液壓傳動的主體e；元件s，c，r構(gòu)成差動輪系，c1～c8是離合器，他們與后續(xù)的齒輪傳動系統(tǒng)構(gòu)成多擋傳動。通過調(diào)節(jié)液壓傳動部分的排量可以在單段中實現(xiàn)無極變速，對齒輪傳動進行換擋可以實現(xiàn)多段變速。

2 TMS320F2812結(jié)構(gòu)與特點

　　TMS320F2812是美國德州儀器公司TI最新研制的一代32位定點數(shù)字信號處理器(DSP)芯片。每秒可以執(zhí)行150 M條指令，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，片內(nèi)存儲器資源包括：128 k×16 b POM，18 k×16 b的數(shù)據(jù)存儲器SARAM、片內(nèi)128 k×16 b的FLASH程序存儲器、4 k×16 b片上Boot ROM，1 k×16 b的一次可編程存儲器OTP。同時集成豐富的外設(shè)資源，主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)、事件管理器模塊(EV)、串行外設(shè)接口模塊(SPI)、串行通信接口模塊(SCI)、CAN控制器模塊(eCAN)等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

3 控制器硬件設(shè)計

　　圖3為基于TMS320F2812型DSP設(shè)計的變速器控制系統(tǒng)板的結(jié)構(gòu)框圖。

　　TMS320F2812由于強大功能與豐富的外設(shè)資源，非常適合使用于工業(yè)控制領(lǐng)域。但是其自身的特點決定進行系統(tǒng)設(shè)計時，要注意電源的設(shè)計，啟動方式，信號的處理等問題。

(1)電源模塊

　　TMS320F2812內(nèi)核電壓為1.8 V，外部I／O電壓為3.3 V。內(nèi)部FLASH具有低壓燒寫功能。但需要單獨且優(yōu)質(zhì)的3.3 V供電。同時芯片對于上電時序有一定的要求。所以采用TI公司的電源芯片TPS676D318。他是單輸入雙通道輸出電壓變換器。輸入電壓為5 V，輸出分別為1.8 V和3.3 V。同時通過MOS管BSS138控制電壓變換時序。使DSP的FLASH與外部I／O先上電，然后再對內(nèi)核上電，當所有電壓達到穩(wěn)定值后，延時140～300 ms的時間，將控制板上的輸出使能信號PRORESET拉至高電平，這樣能夠保證系統(tǒng)正常工作。圖4為DSP的上電時序圖。

(2)系統(tǒng)的啟動模式

　　TMS320F2812有6種啟動方式，也就是從不同的存儲空間啟動程序。這樣就可以滿足不同的控制系統(tǒng)的要求。這6種控制方式分別為FLASH，SPI，SCI，HO，OTP與Parallel。這些啟動方式可以通過對DSP的SPICLK，SPISTEA，SCITXDA，MDXA四個控制針腳的組合來確定使用那一種控制方式。如表1所示給出不同的啟動方式對應(yīng)的組合方式。

　　本系統(tǒng)采用從內(nèi)部FLASH啟動的方式，所以采用表1中第一種組合方式。

(3)信號的處理

　　TMS320F2812具有56路，可編程，多用途通用I／O。其有著豐富的資源，但是他們的驅(qū)動電壓最高為3.3 V。而本控制系統(tǒng)的外部控制電路輸入信號為5 V，輸出驅(qū)動信號為12 V，需要對信號進行電平轉(zhuǎn)換處理，同時注意信號的隔離，提高抗干擾能力?？刂葡到y(tǒng)用到DSP的A／D轉(zhuǎn)換模塊。A／D功能單元精度高、轉(zhuǎn)換速度快。但是對噪聲干擾比較敏感。所以控制板對信號的處理很復(fù)雜。對控制板的設(shè)計應(yīng)該遵循以下的設(shè)計思想：電源系統(tǒng)要盡量簡化，提高整個系統(tǒng)的可靠性與抗干擾能力；模擬電路的電源與數(shù)字電路的電源要做相應(yīng)的隔離處理。他們可以采用共地的方法，并在模擬地的引出點串接電感或是磁珠，進行濾波處理。另外在CPU的電源與地引入端加上大面積的復(fù)銅減小阻抗。同時控制板的設(shè)計采用多層板的設(shè)計方案，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干擾的能力。

(4)控制器軟件設(shè)計

　　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方案采用C語言進行編程有以下幾方面的原因：

　?、賹τ诳刂葡到y(tǒng)來說最重要的性能要求就是系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，用匯編語言直接對片上寄存器，標識位，數(shù)據(jù)存儲區(qū)等直接操作，同時還包含了大量的跳轉(zhuǎn)指令。對于大型的控制系統(tǒng)涉及大量的資源其穩(wěn)定性不能保障。

　?、诶肅語言進行程序容易將程序模塊化，封裝化，程序的結(jié)構(gòu)更清晰，有利于維護與憂化。

　?、跿I公司提供的程序開發(fā)工具CCS3.1支持C／C++。同時提供大量的基于C語言的程序庫，使程序開發(fā)更加方便與便捷。

　　采用C語言開發(fā)系統(tǒng)，應(yīng)遵循一下原則：

　　全局性 盡量保證系統(tǒng)個模塊負載的均衡；

　　正確性 數(shù)學推導嚴密，盡可能利用試驗驗證；

　　結(jié)構(gòu)化 軟件設(shè)計做到層次化，模塊化，封裝化；

　　規(guī)范化 保證程序的易讀性，移植性和可維護性。

　　圖5為變速器控制器的手動控制的系統(tǒng)軟件的流程圖。

　　以下提供部分程序

4 結(jié) 果

　　完成控制系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計。通過試驗?zāi)苓_到控制要求。在滿足工作要求的情況下能比較準確地檢測到速度、電壓、壓力、溫度等信號，靈敏地響應(yīng)控制信號，完成控制要求。