基于DSP的液晶顯示通用控制器設計

引言
電力電子裝置在調試和研發(fā)的過程中，需要經常性地改動相關的控制參數，同時需要實時監(jiān)測裝置運行過程中的各關鍵點處的電量波形?，F(xiàn)在的電力電子裝置，其控制板的主控芯片通常采用 DSP（數字信號處理器），由于其硬件條件的限制，進行控制參數（如 PID的各控制系數）的修改時，往往需要不斷地更改和燒寫程序，很難實時地在線進行參數修改，同時也很難向裝置發(fā)送復雜的控制指令；另外，現(xiàn)在裝置的調試過程中，在需要監(jiān)測相關點處的電量波形時，往往采用多通道隔離示波器進行。這一方面大大增加了裝置的研發(fā)成本，同時由于示波器的通道數有限，不能隨時增加和變更所監(jiān)測的波形點，另外示波器的探頭受到電磁兼容性的制約，長度有限，調試時使用起來也造成了很多不便。
筆者所在的課題組承擔了 100%低地板輕軌車的研制任務，在裝置的開發(fā)過程中，由于前述的原因，需要開發(fā)一款用于參數設定、裝置控制和實現(xiàn)模擬波形輸出的通用控制器。該控制器利用裝置所支持的通訊協(xié)議向裝置發(fā)送命令以及進行參數的在線修改，同時實時查看裝置的工況，接收裝置發(fā)送的數字量和數字化的模擬量等運行數據。此外，控制器具有多路 DA輸出,在 DA輸出端接上示波器就可以通過按鍵選擇查看遠程裝置上模擬量的基本情況，以實現(xiàn)示波器的遠距離電量監(jiān)測。控制器可以靈活更改各 DA通道所對應的電量，大大增加了示波器采樣通道的利用率。在通訊協(xié)議上，控制器支持 RS232、RS485、CAN總線和以太網協(xié)議以最大限度地滿足不同裝置的通訊需求。同時，控制器對于相關裝置所發(fā)送過來的數字量參數，可以使用液晶進行實時顯示。對于數字化的模擬量參數，控制器一方面可以實時計算出其平均值、有效值等特征量使用液晶單元進行顯示，另一方面可通過 8路 DA轉換器進行轉換后輸出到示波器的采樣通道進行顯示?？刂破鞯囊壕卧陲@示數據時，可以自動根據該數據的大小決定其小數部分的位數，以始終保留 4位有效數字。所有相關的參數設置和接收到的數據，控制器均可以儲存到鐵電存儲器中，掉電后數據不丟失，方便下次繼續(xù)使用。
2 控制器的硬件組成及功能
通用控制器系統(tǒng)硬件組成如圖 1所示。

其中，控制器的 CPU單元采用 TMS320C28X系列中的 DSP2812，它具有串行外圍接口（SPI）、兩個串行通信接口（ SCIs）、改進的局域網絡（ eCAN）、多通道緩沖串行接口（McBSP）。DSP2812主頻高，能夠滿足通用控制器的通訊速率，同時可以很好地支持通用控制器所需要的 RS232、RS485、CAN總線、以太網、 DA轉換等外圍設備，降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度。
系統(tǒng)中的液晶顯示單元采用 LCM128645ZK型中文液晶顯示模塊。該模塊電源操作范圍寬（2.7V to 5.5V），其低功耗設計可滿足產品的省電要求；同時，模塊與微控器的接口界面靈活（三種模式：并行 8 位/4位，串行 3 線/2線），可實現(xiàn)漢字、 ASCII 碼、點陣圖形的同屏顯示, 支持所有的主流液晶操作指令，預留多種控制線（復位/串并選擇/亮度調整）供用戶靈活使用。DSP2812使用通用 I/O口與 LCM128645ZK進行通訊，發(fā)送相關的控制指令和數據控制其執(zhí)行相應的操作。
控制器所包括的功能鍵，包括頁面和菜單項的向上/向下移動、參數數據的增加/減少、當前參數的修改 /確認、系統(tǒng)各項功能的選擇等。按鍵采取行列掃描方式進行排列。在掃描按鍵時，先進行行掃描，再進行列掃描。通過行列掃描的結構共同判定當前是哪個按鍵被按下。同時，通過軟件實現(xiàn)了按鍵消抖，提高了操作的準確性和可靠性。按鍵與 DSP2812的 I/O接口相連，最大可擴展為 16個（4*4）按鍵陣列，以滿足各項操作的要求。
D/A轉換選擇了 12位 8路的 DA芯片 AD5328，其 DAC更新速率為 167ksps，DAC設置時間為 6μs，DAC形式為電壓型。DA轉換器通過 DSP2812的 SPI總線進行數據交互，并用 DSP的 2個 I/O接口與之相連作為控制信號。
RS232通訊模塊使用 MAX232作為總線的接口芯片，與 DSP的 SCI接口相連。 RS232主要用于控制器與 PC機之間的通訊及實現(xiàn) DSP程序的遠程燒寫。
RS485通訊模塊使用 MAX485作為總線的接口芯片，與 DSP的 SCI接口相連。模塊內部采用了 HCPL2610高速隔離光耦用作電平轉換和信號隔離，模塊的輸出側裝設了的防過壓涌流和抗干擾電路，以提高通訊的可靠性。
CAN通訊模塊選用了 DSP2812的增強型區(qū)域網絡控制器（ eCAN），與現(xiàn)行的 CAN2.0標準兼容。它可強電子噪聲的環(huán)境中與其他控制器可靠地進行通訊。借助 32個完全可配置的郵箱和時間標志特性，eCAN模塊提供了一種具有通用性和魯棒性的串行通信接口。
以太網通訊模塊選用 LAN91C111作為控制芯片，使用數據線、地址線以及 I/O口與DSP2812相連接。 LAN91C111的主要功能如下：自適應的傳輸速率，支持 100M／10Mbps；支持突發(fā)數據的傳輸；8kb的內部存儲器件用于接收和發(fā)送的緩存；支持 8位，16位，32位的數據傳輸方式；提前發(fā)送和接收功能。
除此之外，我們還選用鐵電存儲器 FRAM，通過 I/O接口擴展了 DSP 2812的 RAM。 TMS320F2812內部已經集成了 18KB的 RAM，對于一般的應用來說，已經無須再擴展外部 RAM。片內 RAM能以 150MIPS的速度進行訪問，在對運算速度要求很高的處理程序中，通常將經常訪問的程序段放到內部 RAM中運行，這樣能大大提高運行速度。而本系統(tǒng)是一個網絡通信系統(tǒng)，將來會用于進行大量數據的網絡傳輸，因而應外擴 RAM作為數據緩沖區(qū)。RAM選用 Ramtron公司的FRAM，F(xiàn)RAM具有 RAM和 ROM優(yōu)點，讀寫速度快，并可以像非易失性存儲器一樣使用。
通用控制器的實物圖如圖 2所示。