多路路溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1.1 DSP系統(tǒng)簡述 通常，一個典型的DSP系統(tǒng)應(yīng)包括抗混疊濾波、數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器DSP、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器等，其組成框圖如圖1所示 平滑濾波 D/A A/D 數(shù)字信號處理 抗混疊濾波輸入 輸出 圖1 DSP系統(tǒng)框圖在許多應(yīng)用系統(tǒng)中，為了應(yīng)用DSP卓越的數(shù)字信號處理能力，我們必須先將模擬信號進(jìn)行數(shù)字化（A/D轉(zhuǎn)換），再對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的算法處理，最后經(jīng)過數(shù)字信號模擬化（D/A轉(zhuǎn)換）后輸出。 2.1 TMS320VC5402TMS320VC5402是一個工作靈活、高速、具有較高性價(jià)比、低功耗的16位定點(diǎn)通用DSP芯片。其主要特點(diǎn)包括：采用改進(jìn)的哈佛

2、結(jié)構(gòu)，1條程序總線（PB）條數(shù) ，3 據(jù)總線（CB、DB、EB）和4條地址總線（PAB，CAB，DAB，EAB），帶有專用硬件邏輯 CPU，片內(nèi)存儲器，片內(nèi)外圍專用的指令集，專用的匯編語言工具等。 TMS320VC5402含4K字節(jié)的片內(nèi)ROM和16K字節(jié)的雙存取RAM，1個HPI（Host Port Interface）接口，2個多通道緩沖單口MCBSP（Multi-Channel Buffered Serial Port）,單周期指令執(zhí)行時間10ns，雙電源（1.8V 和 3.3V）供電，帶有符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG 邊界掃描仿真邏輯。VC5402芯片提供了兩個增強(qiáng)型的高速、

3、全雙工多通道緩存串行口，這使得它可以與音頻CODEC、串行ADC/DAC直接相連。MCBPS具有全雙工的通信機(jī)制以及雙緩存的發(fā)送寄存器和三緩存的接收寄存 器，允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳輸，數(shù)據(jù)長度可以為8bit、12bit、16bit、20bit、24bit、32bit。VC5402的MCBPS接口信號包括：接收數(shù)據(jù)DR、發(fā)送數(shù)據(jù)DX、發(fā)送時鐘CLKX、接收時鐘CLKX、接收幀同步FSR和發(fā)送幀同步FSX。MCBSP通過這6個管腳為外部設(shè)備提供了數(shù)據(jù)通道和控制通道。其中引腳CLKR、FSR、DR構(gòu)成接收信號組，引腳CLKX、FSX、DX構(gòu)成發(fā)送信號組。接收和發(fā)送用的移位時鐘信號、幀同步信號可以由DSP

4、內(nèi)部提供，也可以由AD/DA提供。串行口在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前必須進(jìn)行初始化，通過對SPCR、SPGR、RCR、XCR、MCR等串口控制寄存器寫入適當(dāng)?shù)目刂谱滞瓿蒑CBPS的初始化工作。3.1 溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)主要由溫度集、顯示, 溫度開關(guān)控制兩部分構(gòu)成。本設(shè)計(jì)利用TMS320VC5402數(shù)字信號處理器的I/O口與溫度傳感器DS18B20相連, 進(jìn)行環(huán)境溫度的實(shí)時監(jiān)測, 將采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)換后, 通過LCD顯示;同時將此數(shù)據(jù)與鍵盤設(shè)定的溫度閾值進(jìn)行比對, 其結(jié)果用于產(chǎn)生模擬開關(guān)的控制信號, 即實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)控的目標(biāo)。溫控系統(tǒng)總體框架如圖2所示 TMS320VC5402LCD溫度顯示DS1

5、8B20溫度采集 I/O口 HD7279A鍵盤驅(qū)動 簡單的模擬開關(guān)圖1 溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架 MCBSP1圖2 溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架3.1.1 溫度采集、顯示模塊系統(tǒng)采集溫度的傳感器為DS18B20,其測溫范圍為55+125,固有測溫分辨率0. 5,它具有單總線接口方式, 因此與處理器的雙向通訊僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn); DS18B20還支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能, 多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的總線上, 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫; 其測量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送, 電源選用外部供電模式, 與TMS320VC5402的硬件連接方式如圖3所示 +5VDS18B20TMS320VC5402 4.7K I/O口 GND

6、+5V DQ圖3 TMS320VC5402與DS18B20的連接方式 圖3中, DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出腳, 漏極開路, 常態(tài)下高電平。DS18B20采用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式輸出溫度值, 以0. 0625 /LSB形式表達(dá), 設(shè)計(jì)中處理器采集到實(shí)時溫度后, 數(shù)據(jù)進(jìn)行十進(jìn)制轉(zhuǎn)化, 通過LCD顯示即可。由于實(shí)驗(yàn)臺上集成了LCD,設(shè)計(jì)中DSP只需對LCD映射的I/O口地址輸出數(shù)據(jù), 即實(shí)現(xiàn)對LCD的顯示控制。3.1.2 溫度開關(guān)控制模塊 本模塊由HD7279A鍵盤、顯示電路、處理器TMS320VC5402及模擬開關(guān)三部分組成。HD7279A是一片具有獨(dú)立串行接口, 可同時驅(qū)動8位共陰極數(shù)碼管的

7、顯示驅(qū)動芯片,該芯片可連接64鍵的鍵盤矩陣, 單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。HD7279A的鍵盤顯示電路包括串行鍵盤/顯示接口控制電路、8位數(shù)碼管顯示器和88鍵盤電路,該電路不需要地址、數(shù)據(jù)總線和總線提供的片選信號。TMS320VC5402則通過MCBSP同步串口實(shí)現(xiàn)與HD7279A的連接, 連接方式如圖4所示圖4 HD7279A通過MCBSP1與DSP處理器的連接 TMS320VC5402的CPU與MCBSP之間的數(shù)據(jù)傳送一般分為三種方式: 查詢方式、中斷方式和DMA方式, 系統(tǒng)采用的是中斷方式, 完成數(shù)據(jù)的顯示、存儲、按鍵次數(shù)控制, 最終通過閾值設(shè)定、比對, 產(chǎn)生模擬開關(guān)信號

8、。2 硬件設(shè)計(jì)硬件的工作原理： 系統(tǒng)基于TI公司的TMS320VC5402實(shí)驗(yàn)臺, 在此平臺下完成如下設(shè)計(jì)。 下面以TMS320VC5402芯片為系統(tǒng)核心，設(shè)計(jì)DSP硬件系統(tǒng)的電路，包括時鐘電路、電源電路、復(fù)位電路、功能配置引腳連接以及程序存儲空間擴(kuò)展和數(shù)據(jù)空間擴(kuò)展電路。2.1 時鐘電路時鐘電路用來為TMS320VC5402芯片提供時鐘電路，由一個內(nèi)部振蕩器和一個鎖相環(huán)PLL組成，可通過晶振驅(qū)動。另外外部中斷均上拉高電平，并在個電源接口加去耦電容。電路原理圖如圖5所示圖5 TMS320VC5402芯片及時鐘電路2.2 電源電路和復(fù)位電路圖6 功能配置引腳連接電路圖7 電源電路和復(fù)位電路2.3

9、存儲空間擴(kuò)展電路TMS320VC5402的程序存儲空間擴(kuò)展RAM選用IS61LV6416，程序存儲空間擴(kuò)展FLASH選用AT29LV1024，數(shù)據(jù)存儲空間擴(kuò)展RAM選用IS61LV6416。考慮到上電及復(fù)位時，引導(dǎo)的執(zhí)行以及用戶程序要存放到讀取速度較快的外部程存RAM中，所以要設(shè)計(jì)程存空間和數(shù)存空間在轉(zhuǎn)換的邏輯電路，即用DSP的XF外部標(biāo)志輸出引腳和非門74HC32來實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)期間數(shù)據(jù)總線、地址總線在程存空間和數(shù)存空間的切換，具體電路如圖8所示圖8 存儲空間擴(kuò)展電路2.4 JTAG標(biāo)準(zhǔn)仿真接口設(shè)計(jì) 與所有的微處理器一樣，DSP的開發(fā)同樣也需要一套完整的軟硬件開發(fā)工具。 選用 TDS510型uSB

10、接口仿真器其仿真信號線采用 JAG標(biāo)準(zhǔn)。IEEEl1491，采用14線標(biāo)準(zhǔn)仿真接頭。DSP目標(biāo)系統(tǒng)與仿真器的距離小于152-4 mm(6英寸)，故用無緩沖的簡單連接。其中，EMU0和EMU1必須接1只上拉電阻器(一般為47k)，使信號上升時間小于10s。 仿真器只參與數(shù)據(jù)的傳輸，即將目標(biāo)代碼通過JIAG接口從計(jì)算機(jī)下載到目標(biāo)系統(tǒng)的存儲器中，而仿真是在DSP內(nèi)完成的，因此，JTAG標(biāo)準(zhǔn)仿真接口是仿真器與DSP目標(biāo)系統(tǒng)之間必須的通信接口，為DSP目標(biāo)系統(tǒng)的仿真和調(diào)試帶來了方便。在系統(tǒng)調(diào)試階段，可以通過此仿真接口將編譯后的程序代碼下載到外部擴(kuò)展的程序存儲器，在線調(diào)試用戶程序，查看內(nèi)存、CPU寄存器、

11、各種圖表等內(nèi)容。系統(tǒng)調(diào)試成功后可以利用燒寫程序通過此仿真接口將調(diào)試好的程序燒到DSP 的Flash中，使DSP目標(biāo)系統(tǒng)成為可以獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，使DSP的開發(fā)更為方便。 3 軟件的設(shè)計(jì)3. 1設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要完成測溫顯示、開關(guān)溫度值的鍵值輸入、開關(guān)控制任務(wù)等。以下給出設(shè)計(jì)的總流程圖, 如圖9所示系統(tǒng)初始化Int3初始化溫度<TH啟動升溫信號溫度<TLLED初始化，系統(tǒng)復(fù)位啟動降溫信號LED初始化，顯示溫度DS18B20溫度轉(zhuǎn)換，取得相應(yīng)十進(jìn)制的位值開始LED初始化進(jìn)入DS18B20檢測循環(huán)2次，按位接受鍵值，形成TH,TLLED初始化，顯示“請輸入溫度值1”，“請輸入溫度

12、值1”MCBSPI初始化 圖9 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程 由于DS18B20與處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送,因此在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時, 必須嚴(yán)格保證讀寫時序。其中采溫、測溫的子函數(shù)DS18b20Temp( )流程圖如圖10所示 DS18B20初始化DS18B20的寫函數(shù)DS18B20的讀函數(shù)讀出的溫度值轉(zhuǎn)換取得相應(yīng)的位值圖10 DS18b20Temp( )子函數(shù)流程圖3.2 部分程序代碼 TMS320VC5402中斷及串口初始化部分程序如下所示 stm #0002h, 48h stm #0040h, 49h；設(shè)置串口1工作在每幀一個字每個字16位模式 s

13、tm #0006h, 48h stm #0100h, 49h；設(shè)置CLKGDV=0，使串口1工作在最大頻率 stm #0007h, 48h stm #0a000h, 49h；設(shè)置CLKSM=1采樣率發(fā)生器時鐘由DSP內(nèi)部產(chǎn)生 stm #000eh，48h stm #0008h，49h；設(shè)置FSXP=1，使幀同步脈沖低電平有效 stm #0080h，imr；DMA一通道中斷使能 rsbx  intm；開放所有可屏蔽中斷 總 結(jié)本周的課程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了我們思考和解決實(shí)際問題的能力。

14、雖然只是短暫的一周，但在這期間，卻讓我受益匪淺。這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識到了知識和實(shí)踐的重要性。只有牢固掌握了所學(xué)的理論知識，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走，才能順利的解決每一個問題。但在實(shí)際應(yīng)用中還要更深入思考。通過查閱書籍和上網(wǎng)搜索資料，我發(fā)現(xiàn)所說的基本上都是一樣的，只有通過自己的實(shí)際操練，上機(jī)編程來驗(yàn)證，才能發(fā)現(xiàn)問題的所在，從而真正掌握知識技能。 其中，溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中總結(jié)如下:( 1) DS18B20是一款非常優(yōu)秀的單總線數(shù)字式傳感器, 硬件設(shè)計(jì)簡單, 有嚴(yán)格的運(yùn)行時序, 運(yùn)行可靠。通過C編譯器編譯出的C語言延時程序, 可以得到對應(yīng)的匯編語言, 再通過定時器計(jì)時及單指令周期, 就能

15、夠精確地計(jì)算出軟件延時程序所需的時間,滿足單線總線通訊的時序要求, 從而順利完成DSP與DS18B20的通訊。( 2)通常DS18B20是與單片機(jī)配合使用的, 本設(shè)計(jì)中詳細(xì)介紹了DS18B20與DSP的結(jié)合過程, 其區(qū)別主要是在端口的操作上和延時的控制上。本設(shè)計(jì)的端口操作選用了三種不同的方法: HPI、通用I/O口、8255拓展口, 最后綜合采用了通用I/O口與DS18B20的DQ相連。參 考 文 獻(xiàn) 1 劉建亭, 毛善坤. DS18B20工作原理及基于C語言的接口設(shè)計(jì) J.儀器儀表用戶, 2005, 12( 6): 138140. 2 王社會. 基于DS18B20的數(shù)字式測溫計(jì)設(shè)計(jì) J. 山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)