3 A/D、D/A電路設(shè)計(jì)

??????? TMS320F2812芯片上有一個(gè)12位、轉(zhuǎn)換頻率為25MHz的ADC,其前端為兩個(gè)8選1的多路轉(zhuǎn)換器和兩路同時(shí)采樣/保持器。在要求不很高時(shí)，完全可利用其構(gòu)成同步順序采樣電路,或者增加外部采樣保持器后構(gòu)成同步采樣。考慮到本系統(tǒng)對電量采集精度和速度的要求較高,采樣模塊中選用了外置的六通道16位ADC ADS8364。該器件內(nèi)部包括6個(gè)高速采樣-保持放大器、6個(gè)高速ADC、一個(gè)參考電壓源及3個(gè)參考電壓緩沖器,可以提供250KSPS的同步采樣率,還可提供具有超低功耗(69mW/每通道)的所有6個(gè)輸入通道的轉(zhuǎn)換,這樣使得所有通道的單位成本均較低。6個(gè)通道的數(shù)據(jù)輸出接口電壓介于2.7～5.5V，便于與DSP直接接口，省去了中間的電平轉(zhuǎn)換。6個(gè)完全獨(dú)立的ADC可大大提高硬件整體的并行處理速度，在50kHz輸入信號下仍可保證大于80dB的卓越共模抑制能力，特別適合用于高干擾環(huán)境。圖4為ADS8364與TMS320F2812的接口電路。

???????? 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，D/A轉(zhuǎn)換電路中選用四路12位電壓輸出型DAC TLV5614，它具有靈活的四線串行接口，可以與TMS320 SPI、QSPI和Microwire串行口實(shí)現(xiàn)無縫連接。TLV5614的編程控制由16位串行字組成，即兩位DAC地址、兩個(gè)獨(dú)立的DAC控制位和12位的DAC輸入值。器件采用雙電源供電：一組為串行接口使用的數(shù)字電源，即DVDD和DGND；另一組為輸出緩沖器使用的模擬電源，即AVDD和AGND。兩組電源相互獨(dú)立且可為2.7～5.5V之間的任何值。雙電源應(yīng)用的好處是DAC使用5V電源工作，而DAC的數(shù)字部分使用2.7～5.5V電源，可以和多種接口連接。



圖4 ADS8364與TMS320F2812的接口電路



圖5 TLV5614接口電路

??????? 在設(shè)計(jì)中，D/A電路采用了2.5V的參考電壓，為了控制方便，在控制D/A時(shí)，使用TMS320F2812的GPIOB作為轉(zhuǎn)換芯片控制線，電路如圖5所示。

4 外部SRAM、FLASH擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)?

??????????由于該控制系統(tǒng)需要存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)以備分析和利用，根據(jù)DSP與外部存儲(chǔ)器之間的“零等待”原則，采用IS61LV6416-12T擴(kuò)展F2812的外部存儲(chǔ)器，IS61LV6416-12T為64K×16高速CMOS SRAM，3.3V供電，其與TMS320F2812的接口電路如圖6所示。



圖6 外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路

汽車內(nèi)部噪聲主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

??????? 本控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由4部分組成：汽車被控系統(tǒng)模型（含執(zhí)行器）、外部聲源、控制器和信號監(jiān)視（含傳感器），如圖7所示。需要說明的一點(diǎn)是：在控制系統(tǒng)中，被控汽車模型包含多塊鋁板，在此為了表達(dá)方便，只畫出其中一塊。

??????? 在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，采用外部揚(yáng)聲器模擬艙體從外部受到的激勵(lì)。揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波迫使汽車模型的一個(gè)由鋁板構(gòu)成的面發(fā)生受迫振動(dòng)，從而使汽車內(nèi)部出現(xiàn)較大的噪聲；當(dāng)放置在箱體內(nèi)部指定位置的聲壓傳感器檢測到該處的聲壓變化，就把最新的聲壓值向DSP控制器傳送，控制器根據(jù)此時(shí)系統(tǒng)的輸入和輸出情況，及時(shí)做出判斷，對系統(tǒng)施加控制，此控制功能是通過粘貼在封閉艙體薄鋁板壁上的PZT執(zhí)行器完成的，因?yàn)镻ZT在控制信號的作用下能夠產(chǎn)生振動(dòng)能量，同樣使鋁板受迫振動(dòng)，以此來降低汽車內(nèi)部指定位置的噪聲。



圖7 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成示意圖


1 汽車被控系統(tǒng)模型

?????? 由于本設(shè)計(jì)是針對汽車內(nèi)部噪聲展開的，為了研究方便，采用了粗略的轎車模型作為被控對象。該模型的四面由1mm的鋁板組成,在車身上和車身內(nèi)部安裝有控制傳感器,其中該控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是PZT，對稱地安裝在模型上。

??????? 由于壓電陶瓷具有把電能轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank">機(jī)械能的能力，因此當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)通電給壓電陶瓷時(shí)，材料的自發(fā)偶極矩發(fā)生變化，從而使材料的尺寸發(fā)生改變，這種效應(yīng)可在20ms內(nèi)產(chǎn)生50μm的位移，響應(yīng)速度之快是其他材料無法比擬的，而且頻帶很寬，對溫度不敏感，隨著加壓次數(shù)的增加，性能趨于穩(wěn)定，并且容易集成，是高精度、高速驅(qū)動(dòng)器所必須的材料。本設(shè)計(jì)選用了壓電材料PZT作為執(zhí)行器。

2 外部聲源

??????? 實(shí)驗(yàn)中的外部聲源是由揚(yáng)聲器代替的，揚(yáng)聲器由信號發(fā)生器發(fā)出的信號經(jīng)過功率放大器后驅(qū)動(dòng)。

3 智能控制器

??????? 以TMS320F2812DSP芯片為核心的智能控制器既可以脫機(jī)獨(dú)立自主運(yùn)行又可以通過USB接口在線仿真。

4 信號監(jiān)視器?

????????為了能夠監(jiān)視箱內(nèi)的控制誤差信號和壓電片驅(qū)動(dòng)信號并進(jìn)行信號處理，本控制系統(tǒng)的信號監(jiān)視器采用了自行開發(fā)的多功能信號采集和處理系統(tǒng)。

???????? 本設(shè)計(jì)所選用的座位傳感器的壓電材料為壓電薄膜PVDF，PVDF感知的信號作為系統(tǒng)的參考信號。PVDF很薄、柔軟、密度低且靈敏度很高，其機(jī)械柔韌性比壓電陶瓷高10倍。PVDF壓電材料的壓電性比石英高3～5倍，壓電系數(shù)更高，可貼在物體表面。

結(jié)論

???????? 本文以TMS320F2812 DSP為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了既可以脫機(jī)獨(dú)立自主運(yùn)行又可以通過USB接口在線仿真的智能控制器。并以該控制器為核心設(shè)計(jì)了汽車內(nèi)部噪聲主動(dòng)智能控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過理論分析, 該控制系統(tǒng)具有較高的數(shù)據(jù)處理能力和處理速度，因此在實(shí)時(shí)控制中能夠發(fā)揮重要的作用。