基于dsPIC30F的脈沖氙燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(cè)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(shí)dsPIC30F控制電路根據(jù)過流保護(hù)及放電檢測(cè)的信號(hào)封鎖IGBT及處理故障。

圖3 高壓充放電電路原理框圖

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制時(shí)的程序流程基本一樣，如圖5所示，只是遠(yuǎn)程通信控制時(shí)是由單片機(jī)的串行通信完成計(jì)算機(jī)對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)更新的PWM輸出[5]。

圖5 手動(dòng)/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(cè)輸入捕捉引腳上的輸入電平的每個(gè)下降沿并產(chǎn)生中斷，輸出同步觸發(fā)信號(hào)及IGBT封鎖信號(hào)，同時(shí)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(duì)中斷標(biāo)志位軟件清零。另外，一次中斷完成后需對(duì)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(shí)中斷子程序主要是通過設(shè)定Timer1定時(shí)器每延時(shí)0.1s產(chǎn)生一次中斷，同時(shí)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(hào)及IGBT封鎖信號(hào)。每次進(jìn)入Timer1定時(shí)中斷后需對(duì)中斷標(biāo)志位軟件清零。
　　A/D轉(zhuǎn)換采用Timer3定時(shí)器定時(shí)，每10ms自動(dòng)轉(zhuǎn)換的模式，即ADCON1 =0x0044；采用掃描輸入的方式，每16個(gè)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(hào)都采集了8個(gè)采樣點(diǎn)，然后通過求平均值處理，減少了外界對(duì)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(duì)應(yīng)不同高壓的給定值。配置PWM信號(hào)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(shí)間基值周期PTPER=0x7FFF。
　　串口中斷設(shè)定為最高中斷優(yōu)先級(jí)，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(jì)算得到，其中FCY為指令周期時(shí)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(hào)控制器的脈沖氙燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)充分利用了dsPIC30F4011高性能數(shù)字信號(hào)控制器的內(nèi)部資源，提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行速度，而且簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，縮短了開發(fā)時(shí)間，降低了開發(fā)成本，提高了驅(qū)動(dòng)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(cè)車。實(shí)際的調(diào)試和運(yùn)行表明，此驅(qū)動(dòng)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(dòng)多種型號(hào)的脈沖氙燈。