人造金剛石是一種重要的工業原材料，幾乎涉及國計民生的各個領域。我國目前是金剛石生產和出口大國，產量約占世界產量的2/3。但是，國產金剛石工業產值卻只占世界工業產值的1/3，這主要是由于質量不高所造成。生產人造金剛石的主要設備是壓機，從我國目前生產金剛石的設備來看，大部分生產廠家使用六面頂壓機，隨著國內六面頂腔體的大型化和對這一技術的發展應用，與國外在技術裝備上的差距在進一步縮小。但是，國內在壓機的控制水平上還相當落后，阻礙了金剛石質量的提高。因此，提高國內金剛石壓機的控制水平成為當務之急。
　　1 金剛石的合成工藝
　　人造金剛石是由石墨片、觸煤片在一定的壓力、溫度條件下生成所得。目前，金剛石生產工藝過程中一個重要的技術環節是壓力的臺階型變化，即在金剛石合成初期，將壓力分成幾個壓力段，并在每個臺階壓力上保持一段時間。對于溫度控制， 目前廣泛采用的恒功率控制，該技術的最大弱點是：當加熱時間足夠長時，石墨在催化劑中再結晶成片狀，不利于金剛石的生長。對于溫度的控制，我們可以通過對加熱電壓的間接控制來實現，且這種控制方法在實踐中也能達到很好的控制效果。
　　2.硬件設計方案
　　2.1 TMS320LF2407簡介
　　TMS320LF2407片內集成有32k FLASH，1.5k字的數據／程序RAM，544字的雙口RAM （DARAM）和2k字的單口RAM（SARAM）；10個10位ADC外圍接口，CAN總線接口，4個通用定時器和一個看門狗計時器；運算數率高，單個指令周期執行時間僅為33ns；工作電壓為＋3.3V，工業級溫度范圍－40～＋8°C，特別適合于工業應用。由此可以看出該DSP控制器將實時處理能力和控制器外設功能集于一身，為控制系統提高實時性、實現小型化和低成本提供了一個理想的解決方案。另外，壓機的控制變量和所接的外設較多。選用DSP控制器，正好利用它的實時控制能力強和集成外設豐富的優點，故選用TMS320LF2407作為控制和數字化處理的核心。
　　根據壓機所需要實現的功能，以TMS320LF2407為核心的系統硬件結構如圖1所示。
　　
　　圖1 金剛石壓機控制系統原理圖
　　2.1 數據采集
　　該系統共有9路信號輸入，依次輸入DSP的ADIN0～ADIN8接口，分別為6路位移量、1路電壓量、1路壓力量、1路電流量。其中位移、電壓、壓力三個需反饋給處理器，從而構成3個閉環控制，電流只是用作顯示。采樣過程中，需對信號進行濾波，根據要求我們選用二階有源濾波器，截至頻率為10Hz。
　　在控制系統中溫度控制可通過控制金剛石的加熱功率來實現，即 P＝U×I，在此我選用電壓控制方法－即控制金剛石的加熱電壓來間接控制溫度。金剛石加熱端電壓為0～6V，需進行變壓、濾波，后轉換成0～3.3V信號輸入DSP的ADIO口，考慮到實際工業現場干擾較多，在此濾波電路選用二階有源濾波，截至頻率為10Hz。同時選用TIL300芯片來實現光電隔離。
　　2.2 同步和觸發
　　壓機的溫度大小通過加熱電壓來間接控制，加熱電壓的大小通過串聯到220V工頻電路上的加熱晶閘管的導通角大小來嚴格控制。在此，采用數字觸發方式來觸發晶閘管的門級。所以必須使得觸發脈沖與晶閘管的陽極電壓保持嚴格的相位關系。該系統中，由于晶閘管與工頻電串聯，所以晶閘管的陽級的電壓就是工頻電壓，所以采用過零檢測的辦法，檢測工頻電的過零點，也就確定了晶閘管的陽極電壓過零點。然后在此過零點的基礎上，再根據計算得出的導通角大小來在合適的時間輸出門級觸發脈沖。通過過零檢測電路，在每次的交流電壓過零點處產生一次脈沖，也即確定一次晶閘管陽級電壓過零點，從而觸發DSP的INT1中斷。選用為50Hz工頻交流電，周期為20ms，所以10ms一個過零點，也即10ms一次脈沖觸發INT1中斷。觸發脈沖輸出信號由DSP的IO口，經數據鎖存器產生，通過觸發電路電路驅動晶閘管。觸發脈沖的寬度由控制器設定，考慮到控制系統為感性負載，觸發脈沖應加大，在此設為1ms。