模擬量輸出控制器的主要功能是接受PC機和各類通信設備發出的指令信號，通過內部邏輯算法和硬件電路得到相應的模擬量值，用來控制伺服閥的開度，從而控制工藝運行狀態。模擬量輸出控制器的執行速度、輸出精度關系著整個控制系統的控制質量。目前模擬量輸出控制器主要是通過單片機和各種專用的芯片/電路，如專用的定時器，D/A轉換電路，通信模塊等配合實現的。但是由于單片機存在運行速度較慢、數據處理能力較弱以及內部資源不夠豐富等固有的缺點，使得利用單片機所得到模擬量輸出控制器的性能越來越達不到要求。

　　為從根本上解決此問題。本文以TI公司DSP芯片TMS320F2801為核心，結合DSP豐富的片內外設功能、流水線結構以及高效的特殊指令等優點，設計出模擬量輸出控制器。

　　一 基于TMS320F280x的模擬量輸出控制器的系統方案

　　數字信號處理系統是以數字信號處理為基礎，與通用微處理器相比，DSP有以下優點：

　　(1)存儲器結構：DSP采用哈佛結構，程序和數據存儲器在兩個分開的空間中，因此取指令和執行能完全重疊運行，進一步提高運行速度和靈活性。

　　(2)流水線結構：將指令的執行分解為取指令、譯碼、取操作數和執行等幾個階段。在程序運行過程中，不同指令的不同階段在時間上是重疊的。流水線結構提高了指令執行的整體速度。

　　(3)硬件乘法累加單元：DSP處理器適用專門的硬件來實現單周期乘法，并使用累計器寄存器來處理多個乘積的累加，同時DSP的指令集都包含有MAC指令。

　　(4)零開銷循環：DSP有專門支持循環結構的硬件，使得在循環計數、條件轉移等循環機制處理時無需花費任何時間。

　　(5)特殊的尋址方式：DSP支持特殊的尋址方式，從而減小遇到此部分尋址方式時的處理時間。

　　(6)高效的特殊指令：DSP指令集設計了特殊的DSP指令用于專門的數字信號處理操作。提高指令執行的并行度，加快完成此操作的速度。

　　(7)豐富的片內外設：根據應用領域的不同，DSP芯片內集成了多種類型的內外設。豐富的內外設提高了處理速度和數據吞吐能力、簡化了接口設計，同時降低了系統功耗并節約了電路板空間。

　　本次設計中應用的芯片為TMS 320F2801。芯片內部具有16kB的Flash， 12kB的SARAM。由于采用哈佛結構、指令流水線操作、硬件乘法/累加器功能以及多種尋址方式使得芯片的操作速度大大增加。芯片提供PLL鎖相環模塊用來控制DSP內核的工作頻率，使得芯片內核的執行速度可達到100Mb/s。同時，TMS320F2801提供豐富的PWM資源，包括6路的EPWM波和2路的APMW波，從而實現8路PWM的模擬量輸出功能。

　　二 模擬量輸出控制器的硬件設計與實現

　　本模擬量輸出控制器的系統結構如圖1。

　　系統主要由DSP TMS320F2801、PWM轉換D/A電路、自檢信號轉換電路、電源電路、看門狗電路、CAN接收器等幾部分組成。考慮到模擬信號對數字信號的干擾，需要對模擬信號進行隔離，故硬件電路中加入光電耦合電路和高精度線性光耦電路對模擬側信號和數字側信號進行隔離。模擬量輸出控制器的工作原理如下：控制器通過CAN通信接收到外部設備(包括PC機和支持通信協議的各種設備)下發的輸出指令信號，DSP經過邏輯分析和運算設定8路PWM輸出，然后通過PWM轉換D/A電路得到現場信號所需要的模擬量輸出值。同時，控制器會對產生的模擬量輸出值進行自檢，通過自檢信號轉換電路傳送至DSP的A/D采樣通道。這樣，形成閉環控制，實時有效地控制模擬量輸出信號。