摘要：与通常在嵌入式测控系统中采用mcu（单片机）相比，tms320c5402dsp的运算和数据处理能力强、实时性好，在本设计中实现了较理想的pid温度控制效果；而且，文中给出了在tms320c5402dsp上实现的数据采集程序和pid算法程序的代码。

关键词：mcupiddsp温度

1c5402dsp的应用特点

　　尽管从一般意义上讲，基于mcu（单片机）与dsp（数字信号处理器）这两类器件的系统都有各自的用途，但现在很多新兴的嵌入式应用，尤其是那些大型的复杂系统，在系统内同时实现信号与控制两种处理，它们既需要dsp的功能又需要mcu的功能。笔者正是基于这种尝试，在pid温度控制系统中，将dsp应用到mcu的应用场合，取得了较好的控制效果。随着dsp（数字信号处理器）制造技术的发展，其成本已经下降到较低水平;而dsp的处理速度可满足控制的实时性需求。本设计中选用了性价比高、运算能力强、实时性好的tms320c5402dsp来实现pid温度控制算法。c5402dsp相对于单片机的主要优势在于：首先，c5402dsp采用的是哈佛结构，有多组总线分别连接到程序存储空间和数据存储空间结构，片内有三组16bit数据总线cb、db、eb和一组程序总线pb以及对应的4组地址线cba、dba、eba、pba;其次，具有硬件乘加器，包括一个17＊17bit乘法器和一个40bit专用加法器，可以在单周期内完成乘、加运算各一次，运算能力很强;还有，采用了流水线技术，指令具有6级流水线，相对于单片机而言，速度大大提高;另外，还具有串行口和并行口等外设，可满足控制的输入输出要求。

2系统硬件结构与工作原理

　　系统的硬件结构如图1所示。本设计主要分为温度采集和pid控制两部分。dsp检查所得温度是否超过上下限值，若超过则报警并转入相应处理;否则根据所要求的标准温度值计算采集温度与标准值的偏差e（n），转入pid算法程序进行处理，得到输出控制信号y（n），通过y（n）来控制加热/降温装置进行工作，达到控温的效果。

3软件设计

　　本设计主要包括主程序、温度采集子程序、上下限温度值查询子程序、pid子程序等。其中，温度采集子程序和pid子程序是核心，本文将着重介绍。

　　3.1温度采集程序

　　dsp芯片通过串口0与单总线温度传感器ds18b20的数据线相连，对现场温度进行采集，dsp芯片tms320c5402通过串口0读出采集到的温度并对它进行滤波处理;通过串口1写中断，调用显示程序进行温度显示。为便于读者参考，下面给出ds18b20的dsp温度读写程序。

　　（1）dsp写数据子程序

　　tx0stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000010b,mcbsp0

　　rpt#100

　　nop

　　stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000000b,mcbsp0

　　rpt#1500

　　nop

　　stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000010b,mcbsp0

　　ret

　　（2）dsp读数据子程序

　　rxstm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000010b,mcbsp0

　　rpt#120

　　nop

　　stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000000b,mcbsp0

　　rpt#120

　　stm#pcr0,spsa0

　　stm#0011001000000010b,mcbsp0

　　rpt#120

　　nop

　　ld#04h,a

　　stla,tmp

　　portwtmp,7h

　　stm#pcr0,spsa0

　　ldmcbsp0,a

　　and#0001h,a

　　bcrx1,aneq

　　rsbxc

　　brx2

　　rx1ssbxc

　　rx2rorb

　　ld#02h,a

　　stla,tmp

　　portwtmp,7h

　　ret

　　3.2pid算法在dsp上的实现

　　经典pid控制算法的表达式为：

　　y（t）=kp＊[e（t）+1/ti＊∫e（t）dt+td＊de（t）/dt]（3.1）

　　式中：

　　y（t）—调节器的输出信号

　　e（t）—调节器的偏差信号，它等于给定值与测量值之差

　　kp—调节器的比例系数

　　ti—调节器的积分系数

　　td—调节器的微分时间

　　为了用dsp实现上式，必须将其离散化，用数字形式描述为：

　　y（n）-y（n-1）=kp[e（n）-e（n-1）]+ki＊e（n）+kd[e（n）-2e（n-1）+e（n-2）]（3.2）

　　其中：

　　ki=kp＊t/ti;

　　kd=kp＊td/t

　　t—采样周期

　　e（n）—第n次采样的偏差;

　　e（n-1）—第n-1次采样时的偏差;

　　e（n-2）—第n-2次采样时的偏差。

　　由式（3.2）可知，要计算第n次输出值y（n），