基于TMS320VC5402的多路溫度控制系統(tǒng)設(shè)計1

1、DSF技術(shù)及應(yīng)用課程設(shè)計題 目：基于TMS320VC540的多路溫度控制系統(tǒng)設(shè)計班 級：姓 名：指導(dǎo)教師：2013年12月10號摘要以數(shù)字信號處理器TMS320VC540為開發(fā)平臺,利用溫度傳感器DS18B2C特 性與工作原理,設(shè)計溫控開關(guān)系統(tǒng)。以DS18B20的硬件描述為研究基礎(chǔ),論述系 統(tǒng)的設(shè)計思路,由C語言實現(xiàn)溫度監(jiān)測及開關(guān)控制服務(wù)，在TMS320VC540實驗 平臺上進行電路的模擬、仿真。實現(xiàn)基于 DSP的溫度監(jiān)測與控制，達到快速、精 確數(shù)字化測控溫度的目的。關(guān)鍵詞：TMS320VC5402溫度控制，DS18B2017目錄第一章 系統(tǒng)的總體設(shè)計 41.1 DSP 系統(tǒng)簡述 41.2 T

2、MS320VC5402 41.3 溫控系統(tǒng) 51.3.1 溫度采集、顯示模塊 61.3.2 溫度開關(guān)控制模塊 6第二章 硬件設(shè)計 82.1 時鐘電路 82.2 電源電路和復(fù)位電路 92.3 存儲空間擴展電路 102.4 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)仿真接口設(shè)計 11第三章 軟件的設(shè)計 123. 1 設(shè)計流程圖 123.2 部分程序代碼 13總 結(jié) 14參 考 文 獻 15第一章系統(tǒng)的總體設(shè)計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A/D數(shù)字信 號處理fc-d/aIF圖1 DSP系統(tǒng)框圖平滑

3、濾波輸出在許多應(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 模擬信號進行數(shù)字化（A/D轉(zhuǎn)換），再對采樣數(shù)據(jù)進行相應(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。1.2 TMS320VC5402TMS320VC540是一個工作靈活、高速、具有較高性價比、低功耗的 16位定 點通用DSP芯片。其主要特點包括：采用改進的哈佛結(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TMS320VC540含 4K字節(jié)的片內(nèi)ROM和 16K字節(jié)的雙

4、存取 RAM1個HPI（Host Port In terface）接口，2 個多通道緩沖單口 MCBSPMulti-Cha nnel BufferedSerial 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 強型的高速、全雙工多通道緩存串行口，這使得它可以與音頻CODEC串行ADC/DACT接相連。MCBP具有全雙工的通信機制以及雙緩存的發(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、32bi

5、t。VC5402的 MCBP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 MCBS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CLKRFSR 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?MCBPS勺初始化工作。1.3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)計利用T

6、MS320VC540數(shù)字信號處理器的I/O 口與溫度傳感器DS18B20相連,進行環(huán)境 溫度的實時監(jiān)測，將采集的溫度數(shù)據(jù)進行十進制轉(zhuǎn)換后，通過LCD顯示；同時將 此數(shù)據(jù)與鍵盤設(shè)定的溫度閾值進行比對，其結(jié)果用于產(chǎn)生模擬開關(guān)的控制信號， 即實現(xiàn)了溫度監(jiān)控的目標(biāo)。溫控系統(tǒng)總體框架如圖2所示圖2 溫控系統(tǒng)的設(shè)計框架1.3.1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 實現(xiàn)；DS18B20還支持多點組網(wǎng)功能,多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的總線上 實現(xiàn)多點測溫；其測量結(jié)果以

7、9位數(shù)字量方式串行傳送，電源選用外部供電模 式,與TMS320VC540的硬件連接方式如圖3所示+5V I/O 口TMS320VC54024.7K+5V圖 3TMS320VC5402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位符號擴展的二進制補碼形式輸出溫度值,以0. 0625 /LSB形式表達，設(shè) 計中處理器采集到實時溫度后，數(shù)據(jù)進行十進制轉(zhuǎn)化，通過LCD顯示即可。由于 實驗臺上集成了 LCD設(shè)計中DSP只需對LCD映射的I/O 口地址輸出數(shù)據(jù)，即實 現(xiàn)對LCD的顯示控制。1.3.2溫度開關(guān)控制模塊本模塊由HD7279/鍵盤、

8、顯示電路、處理器 TMS320VC540及模擬開關(guān)三部 分組成。HD7279A是一片具有獨立串行接口，可同時驅(qū)動8位共陰極數(shù)碼管的顯 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。器和8 8鍵盤電路,TMS320VC540則通過所示HD7279A勺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 該電路不需要地址、數(shù)據(jù)總線和總線提供的片選信號。1T0SP1MCBS同步串口實現(xiàn)與HD7279A的連接,連接方式如圖4圖4HD7279A通過MCBSP與DSP處理器的連接TMS320VC5402的CPU與 MCBS之間的數(shù)據(jù)傳送一般分為三種方式：查詢

9、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。第二章硬件設(shè)計硬件的工作原理：系統(tǒng)基于TI公司的TMS320VC540實驗臺,在此平臺下完成如下設(shè)計。 下面以TMS320VC540芯片為系統(tǒng)核心，設(shè)計 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展和數(shù)據(jù) 空間擴展電路。2.1時鐘電路時鐘電路用來為TMS320VC540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

10、所示罪站鳩難縮器器鸚童L匸m號 -以W-"FTfa:Mz i-DI I口.HF 丿 M F D 呼.u.ld.r:LH.- 口宀-1.44 M匚 gu.-hhhhhn-it，VIMjcESP：3hSMTWlTl 罰、_L 1 r丄丄丄：亠TTTTTr t 土丄丄丄J-丄丄TTTTTT丄圖5 TMS320VC5402芯片及時鐘電路2.2電源電路和復(fù)位電路DSF_MP l-BCLXR1 »t?3圖6功能配置引腳連接電路1nfl10irVCC-5VHeader 2POUT1Pl TPS73HL1S112D41 IOE7泗 2R?SE71IN1 lFE/SHE曲 1OT21CUT1

11、M 2SMEJGt 2GUT1 2GE 2CVT2PL c c c c cJ N N H H -JNCNCKCNCNCNC2322.5J+C8VCC-1.SVVC3-3W圖7電源電路和復(fù)位電路2.3存儲空間擴展電路TMS320VC540的程序存儲空間擴展 RAM&用IS61LV6416,程序存儲空間擴 展FLASH選用AT29LV1024數(shù)據(jù)存儲空間擴展 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來實現(xiàn)引導(dǎo)期間數(shù)據(jù)總線、

12、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-Ti 71:.屮孔Ef £ JIt，q)z?j 理j：護工11泄 jTZTTr *»fTT!旳映悩丄空匹詁-ijjpni)ypt. g ：i*ZIiE :CT -IjafFTT* 而j< 22" r 5 ijjiri jh口 孑 DthLj=匕I 需 TW3Z1 、吃口也:樂03 DT： :?J iT_nr 計Tmoen一 土口工訝i 皿 guJJMUMiJ 打 MJXwqzLj豆口址k'ec: MLMJgul器盟黔gsxmss器運蠟鑿ip.:a r：'ttjl,: gR L 亠<

13、;7>T門珂mt.)? 'td月右m ：；W導(dǎo)珥m；E_r:JU f'；竟)6刁尿STEAM'黑.dmi.Ilk；E«氏0樂LrAi&*3Hl-Ui 3 *f圖8存儲空間擴展電路2.4 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)仿真接口設(shè)計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接口仿真器其仿真信號線采用JAG標(biāo)準(zhǔn)。IEEEI149.1, 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，EMU（和EMU必須接1只上拉電阻器（一般為4.7k Q ），使信號

14、上升時間小于10卩s。仿真器只參與數(shù)據(jù)的傳輸，即將目標(biāo)代碼通過 JIAG 接口從計算機下載到目 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 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、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)成為可以獨立運行的系統(tǒng)，使 DSP的開發(fā)更為方便。第三章軟件的設(shè)計3. 1設(shè)計流程圖系統(tǒng)軟件的設(shè)計主

15、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)計的總流程圖，如圖9所示DS18B20溫度轉(zhuǎn)換，取得相應(yīng)十進制的位值LED初始化，顯示溫度圖9系統(tǒng)軟件設(shè)計流程由于DS18B20與處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送,因此在對DS18B2C進行讀寫編 程時，必須嚴格保證讀寫時序。其中采溫、測溫的子函數(shù) DS18b20Temp( 流程圖如圖10所示DS18B2C初始化DS18B20勺寫函數(shù)DS18B20勺讀函數(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,48hstm#

16、0040h, 49h;設(shè)置串口 1工作在每幀一個字每個字16位模式stm#0006h,48hstm#0100h,49h；設(shè)置CLKGDV=0使串口 1工作在最大頻率stm#0007h,48hstm#0a000h,49h；設(shè)置CLKSM=采樣率發(fā)生器時鐘由DSP內(nèi)部產(chǎn)生stm#000eh,48hstm#0008h,49h；設(shè)置FSXP=1使幀同步脈沖低電平有效stm#0080h,imr ； DM/一通道中斷使能rsbxintm ；開放所有可屏蔽中斷總結(jié)本周的課程設(shè)計，增強了我們思考和解決實際問題的能力。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)計讓我認識到了知識和實踐的重要性。

17、 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， 只有通過自己的實際操練， 上機編程來驗證， 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)計簡單 , 有嚴格 的運行時序 , 運行可靠。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 , 再通過定時器計時及單指令周期 , 就能夠精確地計算出軟件延時 程序所需的時間,滿

18、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DS18B2C是與單片機配合使用的，本設(shè)計中詳細介紹了 DS18B2C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 DS18B2啲 DC相連。參考文獻1 劉建亭,毛善坤.DS18B20工作原理及基于C語言的接口設(shè)計J.儀器儀表用戶 , 2005, 12( 6): 138140.2 王社會.基于DS18B20的數(shù)字式測溫計設(shè)計J.山西大同大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版 , 2009, 25( 5): 2931.3 鄒彥.DSP原理及應(yīng)用M