对数据存储业来说，磁盘驱动器生产商通过增加磁道密度（以每英寸的磁道数为单位）和磁盘转速（以每分钟转数为单位）来扩大计算机硬盘驱动器的容量和改善其性能。随着磁密度的增加，两相邻磁道间的距离变小了。因此，所允许的读／写头和磁道的偏离误差，即磁盘驱动器业内所说的误定位，也相应的降低了，这样硬盘很容易受到伤害。他的工作原理决定其必须使用抗恶劣环境加固技术，而且主要针对机械物理环境和气候环境实施加固。对磁盘存储设备来说，机械物理环境中最为恶劣的是振动、冲击环境。本文采用了外加固主动控制理论与技术，将电磁主动控制技术用于计算机外部设备（微型盘）的振动冲击外加固，并且构建了以     DSP   为硬件平台的数字主动控制系统。

 2 数字控制系统的硬件设计

从1982年     TI   （美国     德州仪器   公司）推出通用可编程DSP芯片以来，DSP技术取得了迅猛的发展。

2．1 控制系统原理

数字信号处理器（DSP）具有实时信号处理能力和强大的运算功能。该系统的工作原理是基础加速度     传感器   拾取基础振动冲击加速度信号，然后送人前置     放大器   ，由DSP将电荷放大器输出信号经A／D采样后，完成对信号的一次积分（转换为速度信号）和二次积分（转换为位移信号）运算，将两次积分结果做求和运算，再将结果经D／A转换后输入到     功率放大器   ，最后将功率放大器输出信号以控制电压的形式加在执行机构上，执行机构会产生相应的作动力来抵消来自基础的振动和冲击。由于DSP片内集成了10b的A／D，所以可直接将模拟信号与DSP相接，图1是整个数字控制系统的原理框图。

2．2     DAC   接口与外部存储器扩展

系统中的D／A器件选用了URR-BROWN公司的DAC761l。由于DSP内部10bA／的电压输入范围为0-5V，输入信号经A／D转换后由数值0-1 023（十进制数）来分别对应0～5V的电压信号。所以DSP的输入信号已不是正负对称信号，并且系统中DAC7611的输出范围为0～4．095V，而系统后级中功放的输入应是零均值的，所以需要对DAC输出信号利用     运算放大器   进行电平变换。

另外，DAC7611对于     时钟   信号的要求非常严格。他要求其时钟信号的上升沿发生在每一位数据的传送过程中。TMS320F243的S     PI   （串行外设接口）是一个高速、同步串行I／O口，他可以设置每次产生的串行数据流的位数（1～16位），并且对于位传输速度也可以编程控制。 SPI的时钟输出信号线SPICLK能够提供4种类型的时钟信号。其中有一种带延时的上升沿时钟，可使SPI在上升沿之前的半个周期内发送数据，或在SPICLK信号上升沿后接收数据。这恰好符合DAC7611时钟信号的要求。

由于DSP片内资源有限，设计中在片外扩展了用于存放数据的     RAM   CY71021，其读写时间为12ns，与DSP的速度匹配。并且该芯片在未被操作时会自动采用低功耗工作方式。在利用DSP的串行外设接口向D／A传送数据时，系统还采用     光耦   器件将数、模电路进行隔离。外围接口电路如图2所示。

由于系统加电后，程序首先是从片内的FLSH程序     ROM   开始执行的，所以一定要把引脚MP／MC接成微处理器方式。

 3 数字控制系统的软件设计

3．1 控制算法

经过深入研究和大量的分析、计算，得出该系统的机电动力学模型如下：

系统的传感检测方程：

其中：u为基础振动加速度：

c1，k1分别为与基础振动相关的二次积分和一次积分系数。

设u为u的电荷放大信号，根据控制要求，该系统主要利用DSP完成以下运算：

并采用均值补偿法对积分结果进行修正，实现数字系统的控制。将上式离散化则生成：

显然这需要2次积分运算，其运算过程如下：

其中：m1（n），m2（n）分别是一、二次积分运算的均值。

3．2 系统软件设计与实现

系统头文件（扩展名为．h）的主要功能就是将DSP内部的各个特殊功能     寄存器   的名称与其默认地址相对应。在汇编语言的执行过程中DSP指针会直接按寄存器名去访问在头文件中规定过的地址。命令文件（扩展名为．cmd）实际上是DSP的资源配置文件，在PAGE0页（程序空间）他定义了各程序模块的起始地址和空间长度，对片内、外各程序段、中断矢量表的定义等；在PAGEl页（数据空间）他定义了各数据模块的起始地址和空间长度，如对各种参数片内、外数据区的定义等。此外，应注意遵守DSP实际存储器及存储空间的约定。

由于该系统主要是通过DSP的     ADC   模块和SPI模块与其外围器件通信，所以在软件设计中需要对他们的工作模式进行配置。对于片内ADC的工作模式：首先应该确定ADC的启动模式，然后使ADC达到10kHz的采样率。为了保证准确的采样率，通过DSP内部计数器计数产生中断作为ADC的启动方式。由于TMS320F243的机器指令周期为50ns，所以在两次采样时间间隔内至多可以运行约2 000个指令周期，否则就不能完成实时运算。对于SPI模块：首先设定其通信方式为主模式，使数据按时序从SPISIMO管脚移出；然后设定每次传输串行数据的位数、时钟信号方式、传输速率等。由于DSP片外D／A器件为12b，而DSP的数据总线位16b，所以必须将最后的运算结果进行相应调整后再由SPI送出。

另外，DSP内部的A／D由数值0～1 023（十进制数）来分别对应0～5V的输入电压信号，所以应由值511来表示零均值点，这一点在均值补偿时要特别注意。系统程序流程图如图3所示。

 4 结 语

采用DSP直接实现机电控制是近年才发展起来的一项技术，他比传统控制方法具有鲜明优点。实验表明，以DSP为核心的数字控制系统可以实现实时控制，而且低频段的相位误差非常小，同时又可以兼顾较高频段，适用范围大。此外，他稳定性好、精度高，并易于实现复杂模型的控制。