基于DSP高速測(cè)溫儀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文.doc

長 春 工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文 題 目 基于 dsp 高速測(cè)溫儀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 人文信息學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 070922 班 指導(dǎo)教師 張裊娜 姓 名 張家瑞 2011 年 6 月 3 日 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 摘摘 要要 本文主要論述了 dsp 芯片在高速測(cè)溫系統(tǒng)中的應(yīng)用。該測(cè)溫儀具有對(duì)高速加 熱或降溫過程進(jìn)行高速測(cè)量的功能，測(cè)量的溫度值經(jīng)過 fft 濾波處理后送顯示或 打印。 本文首先介紹了測(cè)溫儀器的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合廣泛的市場(chǎng)調(diào)研論證了在我 國用 dsp 芯片研制高速測(cè)溫儀的必要性和可行性。接著在介紹了 dsp 芯片的發(fā)展 與應(yīng)用領(lǐng)域、dsp 芯片的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類的基礎(chǔ)上，針對(duì)高速測(cè)溫儀系統(tǒng)的 特點(diǎn)進(jìn)行 dsp 芯片的選型，并對(duì)所選芯片tms320f240 的結(jié)構(gòu)和特征進(jìn)行了詳 細(xì)說明。然后詳細(xì)說明了測(cè)溫儀所要實(shí)現(xiàn)的功能，在測(cè)溫儀所要實(shí)現(xiàn)的功能的基 礎(chǔ)上對(duì)測(cè)溫儀各部分硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化。在硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，利用代碼調(diào)試 器完成了各部分的軟件設(shè)計(jì)。同時(shí)也解釋了本系統(tǒng)其它部分芯片選擇的原因。在 考慮到系統(tǒng)將要實(shí)現(xiàn)的功能和所選擇的芯片之后，給出了系統(tǒng)各部分的簡略框圖。 然后詳細(xì)說明了本系統(tǒng)的研制過程，包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、抗干擾設(shè)計(jì)、 程序的編寫等。 最后經(jīng)過了硬件和軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的高速測(cè)溫的功能。而且展望了本 儀器的應(yīng)用前景及可以進(jìn)一步完善的地方。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：dsp 高速測(cè)溫 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ii abstractabstract this paper mainly discusses the high-speed dsp chip in the application temperature measuring system. the colorimeter to high-speed heating or cooling with the function of high speed measurement process, measurement of the temperature value through fft filtering processing send display or printing after. this paper firstly introduces the development status of temperature measurement instrument, and combined with extensive market research demonstrates the dsp chip in our country developed with high-speed colorimeter necessity and feasibility. then in introduces the development and application of digital signal processor (dsp) the main field, dsp chip the structural characteristics and classification, based on the characteristics of high-speed highlighted. it system on the selection, and dsp chip tms320f240 of selected chip - the structure and features a detailed explanation. then detail the colorimeter to achieve the function, in the colorimeter to achieve the function on the basis of the hardware of various parts are highlighted. it out the design and optimization. in the hardware design basis, using code debugger completed each part of the software design. this system would also explain the reason for the choice of other parts of a chip. considering the system will achieve the function and choice, after the chip all parts of the system were given briefly diagram. then explained the process of development of the system, including hardware design, software design, anti-interference design, program 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iii compilation, etc. eventually, after hardware and software debugging, achieving the desired temperature function of high speed. and looks forward to the application prospect and the instrument can be further perfect place. keywords:keywords: dsp high-speed temperature measurement 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iv 目目 錄錄 第第 1 1 章章 概概 述述1 1.1 設(shè)計(jì)目的 .1 1.2 溫度測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀和展望 .1 1.3 dsp 芯片的發(fā)展 2 1.4 dsp 芯片的選擇 4 第第 2 2 章章 方案論證方案論證6 2.1 單片機(jī)選擇 .7 2.2 溫度傳感器選擇 .8 2.3 存儲(chǔ)器 .9 第第 3 3 章章 系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)10 3.2 時(shí)鐘電路 10 3.3 復(fù)位電路 11 3.4 向前通道測(cè)量電路 11 3.4.1 傳感器的選擇.12 3.4.2 放大倍數(shù)的確定.12 3.4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器.13 3.5 存儲(chǔ)器接口 14 3.6 電源電路 17 3.7 顯示器接口電路 17 3.8 打印機(jī)接口電路 19 3.9 熱電偶冷端補(bǔ)償電路 20 第第 4 4 章章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).21 4.1 采樣部分程序設(shè)計(jì) 22 4.2 顯示程序設(shè)計(jì) 23 4.3 熱電偶冷端補(bǔ)償測(cè)溫程序 24 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） v 4.4 軟件編寫采用的語言 25 第第 5 5 章章 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì).27 5.1 硬件抗干擾設(shè)計(jì) 27 5.2 軟件抗干擾設(shè)計(jì) 28 5.2.1 干擾對(duì)測(cè)控系統(tǒng)造成的后果.29 5.2.2 軟件抗干擾對(duì)策 30 總總 結(jié)結(jié).32 致致 謝謝.33 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).34 附錄附錄 1 1：原理圖：原理圖 .36 附錄附錄 2 2：adad 轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換子程序.37 附錄附錄 3 3：顯示子程序：顯示子程序 .38 附錄附錄:4:4：熱電偶冷端溫度補(bǔ)償測(cè)溫子程序：熱電偶冷端溫度補(bǔ)償測(cè)溫子程序.40 附錄附錄:5:5：fftfft 算法子程序算法子程序 .43 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） vi 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第第 1 1 章章 概概 述述 1.11.1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 1 通過程序設(shè)計(jì)更加了解了對(duì) dsp 軟件相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用 2 學(xué)習(xí)了編程語言并且能熟練掌握有關(guān)內(nèi)容和應(yīng)用 3 能夠把 dsp 和電路相結(jié)合分析 1.21.2 溫度測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀和展望溫度測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀和展望 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)與測(cè)量技術(shù)的發(fā)展緊密聯(lián)系在了一起，科學(xué)技術(shù)為測(cè)量 技術(shù)提供更多選擇條件，溫度測(cè)量是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科研等部門常用的測(cè)量 項(xiàng)目。它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代科學(xué)研究及技術(shù)開發(fā)過程中也是一個(gè)非常重要的測(cè) 量參數(shù)。在生產(chǎn)和科學(xué)研究中，為了更夠測(cè)量更精確的測(cè)量結(jié)果，需要用定值方 式給物體冷熱程度給與描述。所以要建立適當(dāng)?shù)臉?biāo)尺來衡量物體的冷熱程度，更 便捷地描述物體各種性能隨溫度變化關(guān)系?，F(xiàn)在溫度檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)在科學(xué)發(fā)展中 起到了非常重要作用。 溫度測(cè)量首先是有溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。測(cè)量儀器由溫度傳感器和信號(hào)處理 兩部分組成。溫度測(cè)量的過程就是通過通過溫度傳感器將被測(cè)對(duì)象的溫度值轉(zhuǎn)換 成其它形式的信號(hào)，傳遞給信號(hào)處理路進(jìn)行信號(hào)處理轉(zhuǎn)換成溫度值顯示出來。溫 度傳感器隨著溫度變化而引起變化的物理參數(shù)有：膨脹、電阻。電容、熱電動(dòng)勢(shì)、 磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪音等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，目前全國通用的溫度 傳感器及測(cè)量儀有如下幾種： 1）熱膨脹式溫度計(jì) 具有結(jié)構(gòu)簡單，制造和使用方便，價(jià)格低和精度高等優(yōu) 點(diǎn)。缺點(diǎn)是不能遠(yuǎn)距離測(cè)溫，結(jié)構(gòu)易壞； 2）電阻溫度計(jì) 具有測(cè)量精度高，性能良好，靈敏度高，應(yīng)用廣，能夠較遠(yuǎn) 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 距離測(cè)溫，并能實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制和記錄等優(yōu)點(diǎn)； 3）熱電偶 其特點(diǎn)是測(cè)量精度高，結(jié)構(gòu)簡單易懂，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，野遠(yuǎn)距離測(cè) 量，測(cè)量范圍廣； 4）輻射式測(cè)溫儀表 其測(cè)量精度不如熱電偶溫度計(jì)高，測(cè)量誤差大，測(cè)量范 圍大約在 400 3200。該儀表有全輻射高溫計(jì)，單輻射高溫計(jì)和比色溫度計(jì) 三種； 5）石英溫度傳感器測(cè)溫儀 其穩(wěn)定性很好，靈敏度可達(dá) 0.001以上，缺點(diǎn) 是響應(yīng)速度較慢，測(cè)溫速度大約一秒一次，不適合快速測(cè)溫； 工業(yè)中測(cè)溫儀大部分采用單片機(jī)作微處理器。普通的單片機(jī)指令周期為 2us。因?yàn)槠鋬?nèi)部不能滿足某些特殊要求的高速測(cè)溫。有些單片機(jī)速度快卻不能完 成 fft 等復(fù)雜濾波算法，不能高速測(cè)溫。也有采用工控機(jī)來進(jìn)行高速測(cè)溫，但是 工控機(jī)受外界干擾嚴(yán)重不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，該一起不方便攜帶。 1.31.3 dspdsp 芯片的發(fā)展芯片的發(fā)展 數(shù)字信號(hào)處理器（digital signal processing,簡稱 dsp）是一門應(yīng)用科學(xué) 又應(yīng)用在各種領(lǐng)域的新興科學(xué)。在 20 世紀(jì)以前雖然隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展 的同時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也得到很好發(fā)展，由于當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)數(shù)字信號(hào)處理理 論沒有廣泛應(yīng)用。80 年代初 dsp 產(chǎn)品推出以來，其發(fā)展迅速，生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn) 品種類繁多，工作速度不斷提高，其主要應(yīng)用實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法。dsp 芯片 有如下特點(diǎn)： 1）在一個(gè)指令周期內(nèi)能完成一次乘法和一次加法； 2）程序和數(shù)據(jù)是單獨(dú)存放的，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)； 3）片內(nèi)有 ram 可通過數(shù)據(jù)總線同時(shí)訪問兩片； 4）具有跳轉(zhuǎn)的硬件支持； 5）能很快進(jìn)行中斷處理和硬件 i/o 支持； 6）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作； 7）能流水操作； 目前市場(chǎng)最常見的 dsp 芯片有美國 ti 公司生產(chǎn)的 tms320 系列，ad 公司的 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 adsp 系列，motorola 公司的 dsp 系列，日本 nec 公司的 pd 系列及 at 2）測(cè)量范圍是-55+125 ; 3）供電范圍 3v5.5v; 4）將溫度轉(zhuǎn)換成 12 位數(shù)字最長時(shí)間為 750ms; 5）非易失性溫度報(bào)警; 6）溫度計(jì)可編程 9-12 位; 故只要將其數(shù)據(jù)線與 dsp 的一 i/o 口相接即可，再將其電源線和地線分別接 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 上。 第第 4 4 章章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)完成功能是將現(xiàn)場(chǎng)兩點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過采集處理，先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)， 在擬合成溫度值后顯示出來。顯示時(shí)可根據(jù)需要顯示一點(diǎn)或兩點(diǎn)溫度。如果溫度 超出了測(cè)量范圍，那么顯示“9999” 。流程圖如圖 4-1。 系統(tǒng)初始化 采樣 超溫？ 存儲(chǔ) 濾波處理 擬合成溫度值 同時(shí) 顯示 兩點(diǎn) 溫度 顯示 某點(diǎn) 溫度 打 印 報(bào) 警 圖 4-1 測(cè)溫系統(tǒng)總流程圖 4.14.1 采樣部分程序設(shè)計(jì)采樣部分程序設(shè)計(jì) 經(jīng)過放大器兩級(jí)把熱電偶采集得到的電壓放大后經(jīng)過濾波送人 dsp。放大后 的電信號(hào)直接接入 dsp 內(nèi)部自帶的 ad 轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)即 ad 值， 最后根據(jù)電壓與 ad 值得關(guān)系及熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系將 ad 值轉(zhuǎn)換為 溫度值。如圖 4-2。見附錄一。 adc初始化 adctrl1、adctrl2的設(shè)置 i=0 ad采樣轉(zhuǎn)變 讀ad值 i=i+1 i6; temp 1 temp 2=temp 26; temp 2 附錄附錄 3 3：顯示子程序：顯示子程序 /*-顯示初始化-*/ void init_ display () delay (60000); set_ co (); set_ write (); set_ rd (); set data (); delay (5); write command(0x24);/*初始化命令*/ write_ command (1); write_ command (3); write _command (5); for (n=0; n=0; nn-) asm(“ ldp #0e1h”); asm(“ lacc 709ah”); asm(“l(fā)dp # 1 00h”); asm(“ sach 8034h”); asm( “sacl 8034h” ”);/*temp3 at 8034h*/ jjj=tempi temp4=temp4+jjj;/*temp4=adds 8 位*/ /*-read ds 18b20-*/ void read_dstemper () init_ds (); write_ds (0xcc);/*skip command*/ write_ ds (0x44);/*temperature transformation*/ delay (10000); delay (10000);/*delay 1000ms*/ init_ds (); write_ds (0xcc); write_ds (0xbe); 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 read_dsad (); temp5=temp4; read_ dsad (); temp6=temp4; temp6=temp68; temp7= (temp6+temp5)/16; /*temp7=temperature*/ 附錄附錄:5:5：fftfft 算法子程序算法子程序 #include “stdafx.h“ #include “stdafx.h” #include “fdt.h” #include “fdtset.h” #include “fdtdoc.h” #include “fdtview.h” #include “math.h” struct compx float real, imag ; struct compx s 2216; struct compx ee (struct compx, struct compx); void fft(struct compx*，int); struct compx ee(struct compx b1，struct compx b2) 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 struct compx b3; b3.real=bl.real*b2.real-bl .imag*b2.imag; b3.imag=bl.real*b2.imag+bl .imag*b2.real; return (b3); main () int f, nv2, nml, k, i, n=1024; j=1; struct compx v, w, t; struct compx*xin