TMS320F2812在多段液壓機(jī)械無(wú)極變速器中的應(yīng)用

1 引 言

液壓機(jī)械無(wú)極變速器由液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)有機(jī)組合成，兼有液壓傳動(dòng)無(wú)極調(diào)速與齒輪傳動(dòng)高效率的特點(diǎn)，是一種功率較大的無(wú)極傳動(dòng)形式，可以用在履帶車(chē)輛或大功率輪式車(chē)聯(lián)上。多段液壓機(jī)械無(wú)極變速器的液壓傳動(dòng)部分與液壓機(jī)械無(wú)極變速器液壓部分沒(méi)有區(qū)別，但機(jī)械傳動(dòng)采用帶換檔變速的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，這樣增加變速器的變速范圍，提高傳動(dòng)效率。

圖1是多段液壓機(jī)械無(wú)極變器的一種形式。液壓元件a和b構(gòu)成了液壓傳動(dòng)的主體e；元件s，c，r構(gòu)成差動(dòng)輪系，c1～c8是離合器，他們與后續(xù)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成多擋傳動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)液壓傳動(dòng)部分的排量可以在單段中實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行換擋可以實(shí)現(xiàn)多段變速。

2 TMS320F2812結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

TMS320F2812是美國(guó)德州儀器公司TI最新研制的一代32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片。每秒可以執(zhí)行150 M條指令，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，片內(nèi)存儲(chǔ)器資源包括：128 k×16 b POM，18 k×16 b的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SARAM、片內(nèi)128 k×16 b的FLASH程序存儲(chǔ)器、4 k×16 b片上Boot ROM，1 k×16 b的一次可編程存儲(chǔ)器OTP。同時(shí)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(jì)

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

TMS320F2812由于強(qiáng)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(diǎn)決定進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要注意電源的設(shè)計(jì)，啟動(dòng)方式，信號(hào)的處理等問(wèn)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(xiě)功能。但需要單獨(dú)且優(yōu)質(zhì)的3.3 V供電。同時(shí)芯片對(duì)于上電時(shí)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(shí)通過(guò)MOS管BSS138控制電壓變換時(shí)序。使DSP的FLASH與外部I／O先上電，然后再對(duì)內(nèi)核上電，當(dāng)所有電壓達(dá)到穩(wěn)定值后，延時(shí)140～300 ms的時(shí)間，將控制板上的輸出使能信號(hào)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(shí)序圖。

(2)系統(tǒng)的啟動(dòng)模式

TMS320F2812有6種啟動(dòng)方式，也就是從不同的存儲(chǔ)空間啟動(dòng)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(dòng)方式可以通過(guò)對(duì)DSP的SPICLK，SPISTEA，SCITXDA，MDXA四個(gè)控制針腳的組合來(lái)確定使用那一種控制方式。如表1所示給出不同的啟動(dòng)方式對(duì)應(yīng)的組合方式。

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

(3)信號(hào)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(dòng)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(hào)為5 V，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)為12 V，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換處理，同時(shí)注意信號(hào)的隔離，提高抗干擾能力。控制系統(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(duì)噪聲干擾比較敏感。所以控制板對(duì)信號(hào)的處理很復(fù)雜。對(duì)控制板的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下的設(shè)計(jì)思想：電源系統(tǒng)要盡量簡(jiǎn)化，提高整個(gè)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(diǎn)串接電感或是磁珠，進(jìn)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(shí)控制板的設(shè)計(jì)采用多層板的設(shè)計(jì)方案，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干擾的能力。

(4)控制器軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程有以下幾方面的原因：

①對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)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(yǔ)言直接對(duì)片上寄存器，標(biāo)識(shí)位，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)等直接操作，同時(shí)還包含了大量的跳轉(zhuǎn)指令。對(duì)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。

②利用C語(yǔ)言進(jìn)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(hù)與憂化。

③TI公司提供的程序開(kāi)發(fā)工具CCS3.1支持C／C++。同時(shí)提供大量的基于C語(yǔ)言的程序庫(kù)，使程序開(kāi)發(fā)更加方便與便捷。

采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，應(yīng)遵循一下原則：

全局性 盡量保證系統(tǒng)個(gè)模塊負(fù)載的均衡；

正確性 數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密，盡可能利用試驗(yàn)驗(yàn)證；

結(jié)構(gòu)化 軟件設(shè)計(jì)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(hù)性。

圖5為變速器控制器的手動(dòng)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(jì)。通過(guò)試驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到控制要求。在滿足工作要求的情況下能比較準(zhǔn)確地檢測(cè)到速度、電壓、壓力、溫度等信號(hào)，靈敏地響應(yīng)控制信號(hào)，完成控制要求。