基于 DSP 的电子负载----硬件和软件功能的分配和协调

2.5硬件和软件功能的分配和协调

2.5.1硬件功能的分配

（1）控制模块：该模块由TMSF2812来实现，通过计算机接收用户的指令，生成所需的电压电流信号，驱动信号板上的开关元件，并根据信号板反馈回来的电压电流信号，实时的调整输出信号；

（2）信号板模块：该模块由传统的电子负载的驱动放大电路组成，根据DSP输出的控制信号，调整放大控制电压信号，输出到电源板，实时的改变MOSFET基极电压的大小。

（3）电源板模块：该模块是MOSFET组成的可调功率级电路，根据信号板输出到MOS管的负载电压的大小，精确的调整相应的负载电流；

下图为数字电子负载的简单框图：

直流电子负载系统由软、硬件共同组成。需要综合考虑测试设备工作速度、开发成本和可靠性等因素，合理地分配硬件和软件资源，使开发出的系统软硬件上具有升级的可能。

2.5.2控制软件设计

电子负载系统的控制程序，包括以下部分：

（1）通信程序，包括工作模式、高低档位按键选择输入程序，实时处理数据反馈回电脑串行通讯程序，128*64点阵液晶显示输出程序等。

（2）数据采集和处理程序，主要是AD转换程序，电压电流采集程序。

（3）各种算法程序，这是电子负载系统的核心部分，调用不同的PID控制算法来实现控制电压输出值的实时调节和高精度的要求。

上述设计步骤如图2.15所示。

第3章电子负载硬件系统设计

3.1控制电路设计

3.1.1核心处理器

电子负载系统的核心控制器选用了德州TI公司DSP控制器2000系列里的TMS320LF2812.TMS320LF2812是179引脚的球形网格封装和176脚低剖面西线芯扁平封装，所有引脚电平与TTL电平兼容，引脚的输出均为3.3V的CMOS电平，最大输入承受电压为5V。

TMS320LF2812的CPU是低功耗的32位定点处理器，基于改进哈佛结构并且具有精简指令集，片上自带闪存、处理速度高达150MIPS.其主要外设特点为：

（1）16个输入通道的12位模数转换器，可配置成两个独立的8通道，能以12.5MSPS的速率进行双信道转换，双采样保持功能为模拟控制回路的完成提供了关键支持。

（2）高效的代码C/C++和汇编语言，独特的"IQmath"程序库，专用程序包实现精确的浮点运算，与TMS320C24XTM系列代码兼容。

（3）串行外设接口SPI，两个串行通讯接口SCI，为主机、测试设备和其它部件提供了方便的通讯接口，增强型CAN总线为多种工业、汽车应用提供了控制区域网络的无缝接口。

（4）可达56个独立的可编程的多路通用输入、输出（GPIO）引脚。

（5） TMS320LF2812提供了一个外部存储器接口（XINTF），其寻址地址可达到1兆字节。

（6）两个事件管理器包括灵活的脉宽调制生成器，每个事件管理器模块包括定时器、比较器、捕捉单元、PWM逻辑电路、正交编码电路和中断逻辑电路。

表3.1所示为电子负载系统中TMS320LF2812的I/O口的分配连接情况。

3.1.2液晶显示模块

显示模块作为一种直观的输出设备，是设计中必不可少的模块，在电子负载系统中，其功能主要是显示所处的测试模式，当前档位，设定的测试值。液晶模块可以通过总线控制，也可以通过GPIO口控制。F2812中有众多的GPIO口，所以在模块设计时需要通过GPIO口来控制液晶模块。设计中采用的液晶是是长沙太阳人公司生产的128x64点阵SMG12864ZK LCD模块，内部含有8000多个GB2312简体中文字库，采用8位数据并行或者串行连接方式。

SMG12864ZK共有20个引脚，其中包括数据线8根，指令数据选择引脚（RS）、读写选择引脚（RW）、使能引脚（e），其余为电源线和地线等。需要注意的是SMG12864ZK为5V供电，但DSP的I/O引脚的输出电压为3.3V，所以在输出到液晶之前需要经过3.3V到5V的电压转换芯片，采用74LVX3245电压转换芯片。其引脚说明如表3.2所示：

DSP与液晶模块的具体电气连接是GPIOB0引脚控制液晶模块的指令数据选择引脚（RS），GPIOB11引脚控制液晶模块的读写选择引脚（RW），GPIOB12控制液晶模块的使能引脚（e），GPIOB3-GPIOB10引脚分别控制液晶显示模块的8位数据线DB0-DB7.

3.1.3键盘模块

在电子负载控制系统中，键盘扫描是CPU工作任务之一，键盘的工作时既要保证及时响应按键的操作，又不过多占用CPU的工作时间。在电子负载系统运行时，并不需要按键输入，为了了提高CPU工作效率，加快操作速度，采用中断扫描电路，在键盘有按键按下时，才执行键盘扫描，执行该键的功能程序，把每个按键和DSP的IO口相连，每个独立式的按键占有一个IO口，每个IO口线上按键的工作状态不会影响其他IO口。这种连接方式相当于把按键当作RAM的某一工作单元，通过读片外RAM的方