TMS320VC33速度控制系统硬件平台解析

长沙国防科大磁悬浮中心的磁悬浮铁路试验线是我国首条通过中试评审的磁悬浮线路，拥有自主的知识产权。列车的驾驶系统由S7_300系列PLC组网而成，主控PLC处理来自驾驶台的控制命令，将处理后的控制信息通过FDL网传给底层控制PLC，底层控制PLC根据网络传输过来的命令控制车辆设备。驾驶台上有一个12级位的控制手柄，列车的运行状态由它来控制，通过调节级位间接改变牵引力的大小来控制列车运行速度。列车的驾驶主要依赖于驾驶员的经验，增加了驾驶员的负担，在短途往返运行线路上极易疲劳。
　　基于DSP的磁悬浮列车速控系统就是在上述背景下提出的，采用速度控制系统后，驾驶台给出的不再是控制力的大小，而是速度大小，由速度控制平台根据算法动态改变列车牵引力。司机只需要改变级位，其它工作都由速控系统来完成。这样既减轻了司机的工作负担，同时又有助于提高列车的驾驶质量。考虑到主控PLC并不适合进行数学运算，我们为速控系统专门设计了硬件平台，它以TMS320VC33（以下简称VC33）DSP为核心，配以相应的接口，实现速度控制。
　　1 速控系统总体结构
　　磁悬浮列车的运行速度很高，因此要求速度控制系统具有极高的实时处理速度。VC33 DSP是一种32位浮点处理器，它采用0.18微米制造工艺，是C3X家族的最新一代产品。VC33的功能结构与C31相似，但由于在时钟、电源、存储区设计上做了优化，其工作速度更快（每条指令执行只需13ns）、功耗更小，并集成了较大的片内存储区。
　　图1虚线框中是速度控制系统的硬件平台。它分为三部分：与驾驶台的接口、DSP处理器、与PLC的接口。驾驶台和PLC都是对数字I/O量进行操作，I/O量使用的是110V电源电压，而DSP平台的数字I/O量都为3.3V~5V，因此必须在I/O接口实现110V I/O量与3.3V I/O量之间的转换。检测系统测量并通过CAN总线上传列车的速度与位置信息，主控PLC和DSP使用RS485接口接收。
　　
　　2 数字I/O量接口板的设计
　　I/O接口板（见图2）用光耦芯片TLP521-4实现110V开关量与3.3V开关量之间的电平转换。用LVT16245作为DSP目标板与数字I/O转换接口之间的锁存器，控制数据流的方向，同时用作数据驱动器。它为三态输出，未被选通时呈现高阻状态。指示灯指示开关量信息。需要注意，R1、R2是限流电阻，考虑到功耗的关系，应选用大功率电阻（如2W）。