基于dsp的电子节气门控制器的研制

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1、文章编号：1007-144X(2003)05-0000-00基于DSP的电子节气门控制器的研制尹叶丹，程昌银，全书海（武汉理工大学自动化学院，湖北，武汉430070）摘要：节气门是车用发动机一个十分重要的装置，是影响发动机性能的关键部件。针对新型电子节气门的特点，设计了一套基于TMS320LF2407DSP的带CAN总线的电子控制单元，该控制单元可方便地与车辆中其他ECU组成分布式控制系统。运行结果表明该控制器具有设计合理、性能稳定、抗干扰能力强、可靠性高等优点。关键词：电子节气门；DSP；CA

2、N总线；控制算法中图法分类号：TP271.5文献标识码：A1前言节气门是汽车发动机的重要控制部件。为了提高汽车行驶的动力性、平稳性、经济性并减少排放污染，世界各大汽车制造商推出了各种控制特性良好的电子节气门及其相应的电子控制系统，组成电子节气门控制系统（ETCS）。由于ETCS的优越性，目前，世界上越来越多的大型汽车制造公司开始采用ETCS。传统机械式节气门面临着被电子节气门所取代的趋势。本设计是混合动力电动轿车控制系统的一个ECU单元。该控制系统是基于CAN总线的分布式控制系统。2系统组成由于

3、CAN总线技术在信号传输一系列优点[1]，本系统也采用了CAN总线通信技术。节气门的开度给定信号由上位机通过CAN总线传送。电子节气门控制系统是一个典型的位置反馈系统。当系统给定为0V时，电机停在0度的位置，即完全关闭；当为5V的时候，迅速转到90度的位置停下，即完全打开；当输入给定从5V调整为2.5V时，电机能迅速从90度转到45度的位置并停下。本设计的系统总体框图见下图1：3DSP与CAN系统设计在系统设计中，我们选取德州仪器（TI）公司最近推出的一款面向电机控制领域的高性能定点DSPTMS

4、320LF2407[2]作为系统的控制核心。该芯片集成了本系统所需要的A/D转换收稿日期：2003-02-21作者简介：尹叶丹（1979-），男，湖北荆门人，武汉理工大学自动化学院硕士研究生基金项目：国家863高技术研究发展计划资助项目（2001AA501213）模块，PWM脉宽调制通道和CAN总线通讯模块以及多路IO输出。并且它还具有体积小，速度快的优点。3.1DSP控制单元DSP控制单元结构图见图2。节气门开度给定信号是通过CAN总线由上位机传出，被本系统DSP中的CAN控制器接收。节气门位

5、置反馈是一个模拟的电压信号，因为TMS320LF2407DSP自带有模数转换模块，所以反馈信号可以直接接到DSP的一路A/D引脚，当然需给DSP的A/D模块供电，并为转换提供基准参考电压。给定与反馈在DSP中经过一定的算法最终转化为占空比变化的PWM脉宽调制信号输出。为了调试方便，我们需为DSP扩展一个外部程序RAM。另外由于DSP的驱动能力有限，并且其工作电压为3.3V，所以其引脚输出或接收的一些信号包括CAN发送，CAN接收和IO口输出的信号都需经过缓冲和电平转换，才能与TTL的5V信号相接

6、[3]。在本设计中，缓冲和电平转化由74HC245芯片一并完成，该芯片采用3.3V供电。3.2CAN总线接口电路CAN总线采用的双绞线，两根线分别为CAN高和CAN低。图中的PCA82C250芯片就是驱动DSP的CAN控制器与物理总线间的接口，它是专用的CAN驱动芯片，提供对总线的差动发送和接收功能。它完成CANH，CANL和CAN发送，CAN接收之间的信号转换。82C250工作电压为5V。CAN总线终端的匹配电阻选用典型值为120欧。为了增强CAN通信的抗干扰能力，在缓冲器和CAN驱动之间，我

7、们设计了光电隔离电路。采用的是高速光隔芯片6N137，输入与输出的供电电压也都采用5V。另外，为了避免电源引起的干扰，CAN通信部分采用单独的DC-DC电源模块供电。电路结构如图3所示：3.3软件设计在本系统的软件程序流程中，存在两个中断。一个是主控ECU（CAN上位机）每隔20ms发出的数据引起本系统节气门ECU的中断，通过中断，从CAN总线上取出本系统中所需的数据并计算所要求的开度给定电压，更新该给定变量。另一个是本系统定时器周期到而引起的中断，在该中断服务程序中，进行控制算法，包括采样节气

8、门位置反馈电压，智能PI控制算法，然后更新PWM比较寄存器，通过调节PWM占空比调节节气门开度。在程序中PWM脉宽调制信号的周期设为200µs，即频率5kHz。CAN控制器的配置：在一个由CAN组成的分布式系统中，很多节点不断的向CAN总线发送不同的信号。所以我们必须屏蔽掉本系统不需要的信号。在CAN协议中，每一个节点都被分配固定的ID号。当一组信号过来，CAN接收程序首先判断该信号的ID来源，如果是所需要的，则接收。CAN控制器配置具体指令如下：LDP#DP_CANMBXSPLK#0DAFEH