基于TMS320VC5402的多路温度控制系统设计.doc

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1、摘 要 以数字信号处理器TMS320VC5402为开发平台, 利用温度传感器DS18B20特性与工作原理, 设计温控开关系统。以DS18B20的硬件描述为研究基础,论述系统的设计思路, 由C语言实现温度监测及开关控制服务, 在TMS320VC5402实验平台上进行电路的模拟、仿真。实现基于DSP的温度监测与控制,达到快速、精确数字化测控温度的目的。关键词：TMS320F240，温度控制， DS18B20目 录DSP原理及应用任务书1摘 要2目 录3第一章 系统的总体设计31.1 DSP系统简述32.1 TMS320VC540243.1 温控系统53.1.1 温度采集、显示模块53.1.2 温度

2、开关控制模块6第二章 硬件设计72.1 时钟电路:82.2 电源电路和复位电路82.3 存储空间扩展电路102.4 JTAG标准仿真接口设计11第三章 软件的设计123. 1设计流程图123.2 部分程序代码13总 结14参 考 文 献15答辩记录及评分表16 第一章 系统的总体设计1.1 DSP系统简述 通常，一个典型的DSP系统应包括抗混叠滤波、数据采集A/D转换器、数字信号处理器DSP、D/A转换器和低通滤波器等，其组成框图如图1所示 平滑滤波 D/A A/D 数字信号处理 抗混叠滤波输入 输出 图1 DSP系统框图在许多应用系统中，为了应用DSP卓越的数字信号处理能力，我们必须先将模拟

3、信号进行数字化（A/D转换），再对采样数据进行相应的算法处理，最后经过数字信号模拟化（D/A转换）后输出。 2.1 TMS320VC5402TMS320VC5402是一个工作灵活、高速、具有较高性价比、低功耗的16位定点通用DSP芯片。其主要特点包括：采用改进的哈佛结构，1条程序总线（PB）条数 ，3 据总线（CB、DB、EB）和4条地址总线（PAB，CAB，DAB，EAB），带有专用硬件逻辑 CPU，片内存储器，片内外围专用的指令集，专用的汇编语言工具等。 TMS320VC5402含4K字节的片内ROM和16K字节的双存取RAM，1个HPI（Host Port Interface）接口，2个

4、多通道缓冲单口MCBSP（Multi-Channel Buffered Serial Port）,单周期指令执行时间10ns，双电源（1.8V 和 3.3V）供电，带有符合IEEE1149.1标准的JTAG 边界扫描仿真逻辑。VC5402芯片提供了两个增强型的高速、全双工多通道缓存串行口，这使得它可以与音频CODEC、串行ADC/DAC直接相连。MCBPS具有全双工的通信机制以及双缓存的发送寄存器和三缓存的接收寄存器，允许连续的数据流传输，数据长度可以为8bit、12bit、16bit、20bit、24bit、32bit。VC5402的MCBPS接口信号包括：接收数据DR、发送数据DX、发送时

5、钟CLKX、接收时钟CLKX、接收帧同步FSR和发送帧同步FSX。MCBSP通过这6个管脚为外部设备提供了数据通道和控制通道。其中引脚CLKR、FSR、DR构成接收信号组，引脚CLKX、FSX、DX构成发送信号组。接收和发送用的移位时钟信号、帧同步信号可以由DSP内部提供，也可以由AD/DA提供。串行口在发送和接收数据之前必须进行初始化，通过对SPCR、SPGR、RCR、XCR、MCR等串口控制寄存器写入适当的控制字完成MCBPS的初始化工作。3.1 温控系统温控系统主要由温度集、显示, 温度开关控制两部分构成。本设计利用TMS320VC5402数字信号处理器的I/O口与温度传感器DS18B2

6、0相连, 进行环境温度的实时监测, 将采集的温度数据进行十进制转换后, 通过LCD显示;同时将此数据与键盘设定的温度阈值进行比对, 其结果用于产生模拟开关的控制信号, 即实现了温度监控的目标。温控系统总体框架如图2所示 TMS320VC5402LCD温度显示DS18B20温度采集 I/O口 HD7279A键盘驱动 简单的模拟开关图1 温控系统的设计框架 MCBSP1图2 温控系统的设计框架3.1.1 温度采集、显示模块系统采集温度的传感器为DS18B20,其测温范围为55+125,固有测温分辨率0. 5,它具有单总线接口方式, 因此与处理器的双向通讯仅需要一条线即可实现; DS18B20还支持

7、多点组网功能, 多个DS18B20可以并联在唯一的总线上, 实现多点测温; 其测量结果以9位数字量方式串行传送, 电源选用外部供电模式, 与TMS320VC5402的硬件连接方式如图3所示 +5VDS18B20TMS320VC5402 4.7K I/O口 GND +5V DQ图3 TMS320VC5402与DS18B20的连接方式 图3中, DQ为数据输入/输出脚, 漏极开路, 常态下高电平。DS18B20采用16位符号扩展的二进制补码形式输出温度值, 以0. 0625 /LSB形式表达, 设计中处理器采集到实时温度后, 数据进行十进制转化, 通过LCD显示即可。由于实验台上集成了LCD,设计

8、中DSP只需对LCD映射的I/O口地址输出数据, 即实现对LCD的显示控制。3.1.2 温度开关控制模块 本模块由HD7279A键盘、显示电路、处理器TMS320VC5402及模拟开关三部分组成。HD7279A是一片具有独立串行接口, 可同时驱动8位共阴极数码管的显示驱动芯片,该芯片可连接64键的键盘矩阵, 单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。HD7279A的键盘显示电路包括串行键盘/显示接口控制电路、8位数码管显示器和88键盘电路,该电路不需要地址、数据总线和总线提供的片选信号。TMS320VC5402则通过MCBSP同步串口实现与HD7279A的连接, 连接方式如图4所示图4 HD

9、7279A通过MCBSP1与DSP处理器的连接 TMS320VC5402的CPU与MCBSP之间的数据传送一般分为三种方式: 查询方式、中断方式和DMA方式, 系统采用的是中断方式, 完成数据的显示、存储、按键次数控制, 最终通过阈值设定、比对, 产生模拟开关信号。第二章 硬件设计硬件的工作原理： 系统基于TI公司的TMS320VC5402实验台, 在此平台下完成如下设计。 下面以TMS320VC5402芯片为系统核心，设计DSP硬件系统的电路，包括时钟电路、电源电路、复位电路、功能配置引脚连接以及程序存储空间扩展和数据空间扩展电路。2.1 时钟电路时钟电路用来为TMS320VC5402芯片提

10、供时钟电路，由一个内部振荡器和一个锁相环PLL组成，可通过晶振驱动。另外外部中断均上拉高电平，并在个电源接口加去耦电容。电路原理图如图5所示图5 TMS320VC5402芯片及时钟电路 2.2 电源电路和复位电路图6 功能配置引脚连接电路图7 电源电路和复位电路2.3 存储空间扩展电路TMS320VC5402的程序存储空间扩展RAM选用IS61LV6416，程序存储空间扩展FLASH选用AT29LV1024，数据存储空间扩展RAM选用IS61LV6416。考虑到上电及复位时，引导的执行以及用户程序要存放到读取速度较快的外部程存RAM中，所以要设计程存空间和数存空间在转换的逻辑电路，即用DSP的

11、XF外部标志输出引脚和非门74HC32来实现引导期间数据总线、地址总线在程存空间和数存空间的切换，具体电路如图8所示图8 存储空间扩展电路2.4 JTAG标准仿真接口设计 与所有的微处理器一样，DSP的开发同样也需要一套完整的软硬件开发工具。 选用 TDS510型uSB接口仿真器其仿真信号线采用 JAG标准。IEEEl1491，采用14线标准仿真接头。DSP目标系统与仿真器的距离小于152-4 mm(6英寸)，故用无缓冲的简单连接。其中，EMU0和EMU1必须接1只上拉电阻器(一般为47k)，使信号上升时间小于10s。 仿真器只参与数据的传输，即将目标代码通过JIAG接口从计算机下载到目标系统

12、的存储器中，而仿真是在DSP内完成的，因此，JTAG标准仿真接口是仿真器与DSP目标系统之间必须的通信接口，为DSP目标系统的仿真和调试带来了方便。在系统调试阶段，可以通过此仿真接口将编译后的程序代码下载到外部扩展的程序存储器，在线调试用户程序，查看内存、CPU寄存器、各种图表等内容。系统调试成功后可以利用烧写程序通过此仿真接口将调试好的程序烧到DSP 的Flash中，使DSP目标系统成为可以独立运行的系统，使DSP的开发更为方便。 第三章 软件的设计3. 1设计流程图系统软件的设计主要完成测温显示、开关温度值的键值输入、开关控制任务等。以下给出设计的总流程图, 如图9所示系统初始化Int3初

13、始化温度TH启动升温信号温度TLLED初始化，系统复位启动降温信号LED初始化，显示温度DS18B20温度转换，取得相应十进制的位值开始LED初始化进入DS18B20检测循环2次，按位接受键值，形成TH,TLLED初始化，显示“请输入温度值1”，“请输入温度值1”MCBSPI初始化图9 系统软件设计流程由于DS18B20与处理器间采用串行数据传送,因此在对DS18B20进行读写编程时, 必须严格保证读写时序。其中采温、测温的子函数DS18b20Temp( )流程图如图10所示 DS18B20初始化DS18B20的写函数DS18B20的读函数读出的温度值转换取得相应的位值图10 DS18b20T

14、emp( )子函数流程图3.2 部分程序代码 TMS320VC5402中断及串口初始化部分程序如下所示 stm#0002h,48h stm#0040h,49h；设置串口1工作在每帧一个字每个字16位模式 stm#0006h,48h stm#0100h,49h；设置CLKGDV=0，使串口1工作在最大频率 stm#0007h,48h stm#0a000h,49h；设置CLKSM=1采样率发生器时钟由DSP内部产生 stm#000eh，48h stm#0008h，49h；设置FSXP=1，使帧同步脉冲低电平有效 stm#0080h，imr；DMA一通道中断使能 rsbx intm；开放所有可屏蔽中

15、断 总 结本周的课程设计，增强了我们思考和解决实际问题的能力。虽然只是短暂的一周，但在这期间，却让我受益匪浅。这次课程设计让我认识到了知识和实践的重要性。只有牢固掌握了所学的理论知识，才能有清晰的思路，知道每一步该怎样走，才能顺利的解决每一个问题。但在实际应用中还要更深入思考。通过查阅书籍和上网搜索资料，我发现所说的基本上都是一样的，只有通过自己的实际操练，上机编程来验证，才能发现问题的所在，从而真正掌握知识技能。 其中，温控系统设计过程中总结如下:( 1) DS18B20是一款非常优秀的单总线数字式传感器, 硬件设计简单, 有严格的运行时序, 运行可靠。通过C编译器编译出的C语言延时程序,

16、可以得到对应的汇编语言, 再通过定时器计时及单指令周期, 就能够精确地计算出软件延时程序所需的时间,满足单线总线通讯的时序要求, 从而顺利完成DSP与DS18B20的通讯。( 2)通常DS18B20是与单片机配合使用的, 本设计中详细介绍了DS18B20与DSP的结合过程, 其区别主要是在端口的操作上和延时的控制上。本设计的端口操作选用了三种不同的方法: HPI、通用I/O口、8255拓展口, 最后综合采用了通用I/O口与DS18B20的DQ相连。参 考 文 献 1 刘建亭, 毛善坤. DS18B20工作原理及基于C语言的接口设计 J.仪器仪表用户, 2005, 12( 6): 138140.

17、 2 王社会. 基于DS18B20的数字式测温计设计 J. 山西大同大学学报: 自然科学版, 2009, 25( 5): 2931.3 邹彦. DSP原理及应用M. 北京: 电子工业出版社, 2005.4 郑红, 吴冠. TMS320C54XDSP应用系统设计M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2002.5 刘鸣, 车立新,陈兴梧,等. 温度传感器DS18B20的特性及程序设计方法 J.电测与仪表, 2001, 38(10): 4751.6 张军. 智能温度传感器DS18B20及其应用 J. 仪表技术, 2010( 4): 6870. 答辩记录及评分表 课题名称数字竞赛抢答器答辩教师（职称）周珍艮（副教授） 答辩时间20122013学年第一学期 第 周答辩评语15