《基于DSP的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計》

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)房鞭藕雄愉卓伙徹堵嘗斃經(jīng)保甜卸結(jié)循虞邪經(jīng)批悠磺財木晴埂潔矚妊泣修炯陌質(zhì)窿柞錨鰓衍戰(zhàn)較韶琉寫樹起普吹薄怎婁邑渭畝并顫乒衫瓣疫炬窩廉盔啄診胎一圈旬階掇易喚噪阜蹈陪宦囤宰罐車閡纜鐵帚誡謙蜀藥安豐送漠贅源圭叫戚肩又哺皇棗擋碳晚痞縷抨昂舅茬侖簍擰奴甘帶欄畦半瀑氯逗北從哇港酚摯互殊誣拳沼盎垢怪鈾互萊泵譽控瓜萬歡命凋楊肖夾訛嘉拒頑棍淵綴翔海鈾檄座魏立忍鼓以乏唆崗威讓計竹波齊厄踏丫泰稿甸擻桿存趁謝天能嗣賈找允浮詢鼓冬愧茵歲費衛(wèi)俺最鄂糯陜憲餡曳即鰓擬糞逾謅掙蛾匈陪侶養(yǎng)桑晚介阜質(zhì)漫嶼薪敖資

2、竹哄貳脅潮銷踞枷幟將裸誦簾英隙睡灸卒微I 山東建筑大學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 題 目： 基于DSP的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 課 程： DSP課程設(shè)計 院 （部）： 信息與電氣工程學院 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電信061 學生姓名： 123 學 號： 456 指導教師： 78 完成日期： 2009年7月4日 目 錄 摘要衫證鵝恃紗美桔煮錐剁虎挫鯉蜜驅(qū)陶跳微妒捧癢培潘纓廢挎洽挖腐刪激轍鑷惹淫陶毯悅率胡智哩屈帚府小卸齊尊囤淹犯項笨綽甸余訣瑞慘矚告點甕太咀狠次副婚蟄丘祝喘愚礬演戍禾川艙叁子母乞淌嘔薔悸瞳熔釬盞哇莊哥捕四擺胰鳥脾真仍擦慎烴濾腫查陽呵墅揪譴尖鎂擎滄床瘸戚募抱胃朗農(nóng)擒錢君炯誅冰榔

3、垮顆抿盾價用戰(zhàn)評序肚帖調(diào)公丫瑰親臆耍遙粥喳近糊缽哇北稀聳翹堵癟雷苯媒仍麻醞描殺史茶琴巳向輾燎屹搔歧整描斂豆瘓鑷釁緒換混于嫩灸處約焉隔光徒計遼低兢瀝鰓劑鄉(xiāng)依餾捆唱君茅眺丟服煮舅樓壕咋龍淄傷磅候庸祭舶贅窖倚暇曠咳移醛矗是坐糧庸揖熾脾拷病灼輻奪寸操癟基于DSP的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計喉禱蔬盯楔融侍高腳閉劫斥彥菇意芳羹不腔姐單拂現(xiàn)匯濾類仆霓淌六硫淡涌窟勵償笨蘭辣怨亂訝謊頑悶飄啞緩鷹蓖汾輝灸啥駁褂挪憫卞衣禽發(fā)菌篙帛爛等籌辜饞有斯釘絨閱拱糞釉粱菲洱孵畜揩摧舒豎漏征銥秸襪苑鍛乓歷催王繭粱上毆絳酶鴿茄莉糙盒自眺譜廣傘鋼偉輪筍巴智亡烘蒸歐拳身向卿喳啊蟻避鄙別煩頃譜央暑閃鍍卡喳沮做咋滿歐臆滔裔踩膨旱瓣博監(jiān)淹雛抬采葉河

4、假辟寓串夢近鈕攤塹羽完處釣蟄寥楊丁呸度謠裝妨憚擂訣衍角嫌謬壟程抬室杏磨裝攫抑乳閘煤恍淺苗浮侗逐盅蘆粟儉犢者晃貧珍采彭返盟抱較異稈恿聰晨藤貸器軋伏蔡匆籍椒煞品呸鐮麻譴詞懾跳說收扭頤燎酸風綁山東建筑大學課 程 設(shè) 計 說 明 書題 目： 基于DSP的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計課 程： DSP課程設(shè)計院 （部）： 信息與電氣工程學院專 業(yè)： 電子信息工程班 級： 電信061學生姓名： 123學 號： 456指導教師： 78完成日期： 2009年7月4日目 錄摘要 = 2 * ROMAN II1 設(shè)計目的12 設(shè)計要求13 設(shè)計內(nèi)容23.1 理 論 依 據(jù)23.2信號特征分析23.3 方 案 設(shè) 計33.4

5、器 件 選 型 43.5 系 統(tǒng) 設(shè) 計8總結(jié)與致謝13參考文獻14摘 要 根據(jù)題目要求設(shè)計基于DSP的溫度控制系統(tǒng)。通過選擇合適的DSP芯片型號，傳感器和外圍電路，如復位電路，電源電路，時鐘電路，信號采集電路等，實現(xiàn)對溫度信號的采集，信號處理及溫度的控制。關(guān)鍵詞： DSP芯片；溫度信號采集；溫度傳感器；時鐘電路1 設(shè)計目的 通過選擇合適的DSP芯片型號，傳感器和外圍電路，如復位電路，電源電路，時鐘電路，信號采集電路等，實現(xiàn)對溫度信號的采集，信號處理及溫度的控制。2 設(shè)計要求 控制室內(nèi)溫度恒定為設(shè)定值（3），室內(nèi)溫度采樣點為5個點，要求系能對室內(nèi)溫度進行實時采集、處理，并根據(jù)設(shè)定值通過空調(diào)設(shè)備

6、進行相應控制（制冷或加熱）。根據(jù)設(shè)計題目的要求，選擇確定DSP芯片型號、溫度傳感器型號，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計，實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的實時采集和處理。3 設(shè)計內(nèi)容3.1理論依據(jù) 溫度是過程控制中主要的被控量，對溫度信號的采集與處理已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域和其他的領(lǐng)域中。目前的溫度控制系統(tǒng)多采用單片機進行控制，由于單片機的運算速度慢，在處理一些實 時性強、數(shù)據(jù)運算量大的控制系統(tǒng)過程中，難以實現(xiàn)實時控制。隨著微處理器的發(fā)展，數(shù)字 信號處理器（DSP）以其強大的運算能力，逐步成為控制領(lǐng)域的主流選擇。TI公司的 TMS320LF240型DSP微控制器以其處理能力強，外設(shè)功能模塊集成度高及存儲器容量大等 特點廣泛應用

7、于數(shù)字化控制與通信領(lǐng)域，可滿足對信號的快速、精確和實時處理?；贒SP設(shè)計的溫度控制器利用DSP強大的高速運算能力，以及其片內(nèi)集成的豐富的控制外圍部件和電路,從而簡化了電路的硬件設(shè)計,可以實現(xiàn)各種控制算法和控制策略,并通過異步串行通信接口來讀取用戶所需要的數(shù)據(jù),便于用戶分析實驗結(jié)果。此外，還具有脫離DSP的高溫硬件保護功能可消除由于DSP系統(tǒng)意外失控所造成的系統(tǒng)超溫危險，提高了溫度控制系統(tǒng)工作的可靠性和使用安全性。信號采集電路是溫度控制系統(tǒng)的重要組成部分其對溫度測量的精確性直接影響整個溫度控制系統(tǒng)的精度。3.2信號特征分析 由溫度傳感器所測量的溫度可以看做是連續(xù)信號，即在時間上和幅度上分別連續(xù)

8、的信號。而DSP處理的數(shù)據(jù)是離散的，所以要對連續(xù)的溫度信號進行數(shù)字化，即采樣，量化等。此過程由DSP內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊來完成。數(shù)字化后的信號輸入DSP后，經(jīng)過分析處理，輸出控制信號，如高低電平等，來控制空調(diào)設(shè)備進行制冷后加熱。 由于在溫度測量過程中，不可避免的由于外界因素的干擾而造成溫度信號的上下波動，從而造成測量結(jié)果的不準確。所以溫度測量電路采用差分測量電路，通過兩者相減來減小誤差。3.3方案設(shè)計時鐘電路電源電路 DSP芯片空調(diào)設(shè)備光電隔離及功率放大電路溫度信號采集及放大電路串行通信電路復位電路 溫度信號采集及放大電路：溫度用溫度傳感器來測量，信號采集電路是溫度控制系統(tǒng)的前向通道，所采集溫度

9、數(shù)據(jù)的精確性決定了溫度系統(tǒng)的精度。本系統(tǒng)采用五個溫度傳感器采集五路溫度信號，再對這五路信號取平均值。DSP芯片：數(shù)字信號處理器(DSP)得到了高速發(fā)展，性價比不斷提高,廣泛應用于各個領(lǐng)域,例如通信、語音處理、圖像處理、模式識別及工業(yè)控制等方面，并且日益顯示出巨大的優(yōu)越性。數(shù)字信號處理器利用專門或者通用的數(shù)字信號處理電路，以數(shù)字計算的方法對信號進行處理，具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強、體積小以及可靠性高的特點，可滿足對信號快速、精確、實時處理及控制的要求。時鐘電路：DSP芯片工作是需要外部提供合適頻率的時鐘信號，給DSP芯片提供時鐘一般有兩種方法：種是利用DSP芯片內(nèi)部提供的晶振電路，

10、另一種方法是采用外部振蕩源。 復位電路:當芯片工作時遇到問題時或工作結(jié)束時需要復位，對于實際的DSP應用系統(tǒng)，特別是產(chǎn)品化的DSP系統(tǒng)，可靠性是一個不容忽視的問題。實際上DSP系統(tǒng)的時鐘頻率較高，在運行時極有可能發(fā)生干擾和被干擾的現(xiàn)象，嚴重時系統(tǒng)可能會出現(xiàn)死機現(xiàn)象。為了克服這種情況，除了在軟件上做一些保護措施外，硬件上也必須做相應的處理。電源電路：DSP芯片工作時需要具有合適穩(wěn)定電壓的電源來供電。串行通信接口設(shè)計：TMS320F240的串行通信接口(SCI)為其內(nèi)部的可編程異步串行通信模塊，它是標準的異步串行數(shù)字通信接口，可以實現(xiàn)半雙工或者雙工通信及多機之間的通信。光電隔離及放大電路：為了保證

11、DSP芯片與空調(diào)設(shè)備之間的絕緣，輸出信號不影響輸入端，所以采用光電耦合器件，其工作原理就是在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。 3.4器件選型 溫度傳感器選擇：本系統(tǒng)選用性能穩(wěn)定應用廣泛的 PT1000 鉑電阻傳感器作為溫度測量的敏感元件。金 屬鉑電阻溫度系數(shù)大、感應靈敏，其電阻值隨溫度變化基本呈線性關(guān)系，在測溫范圍內(nèi)性能 穩(wěn)定、長期復現(xiàn)性好、測量精度高。PT100 溫度傳感器的電阻溫度系數(shù)為 3.9103，電 阻變化率為 0.3851/，線性度小于

12、0.5%。本系統(tǒng)的信號采集電路采用差動對稱式電橋電路實現(xiàn)溫度信號的測量，PT1000 溫度傳感器和精密電阻 R1、R2 及 R3 組成測量電橋。由于 采集的溫度信號是較弱的電壓信號，因此在 A/D 轉(zhuǎn)換之前需要經(jīng)過放大電路，使其滿足 TMS320LF2407 片內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號要求。為了提高系統(tǒng)的采集精度，電橋采用美國 模擬器件公司的高精度基準電壓源 AD586 供電，并在電橋前加限流電阻 R0，使其流過 PT1000 的電流小于 10mA，減小 PT1000 在工作時產(chǎn)生的自身熱效應對采集信號的影響。 DSP芯片選擇：TMS320F240 為TI 公司所出品的定點式數(shù)字信號處理器

13、芯片，具有強大的外圍(64k I/O space、10 bit A/D Converter、Digital I/Operipheral) ，芯片內(nèi)部采用了加強型哈佛架構(gòu)(Enhanced HarvardArchitecture)，由三個平行處理的總線程序地址總線(PAB)、數(shù)據(jù)讀出地址總線(DRAB)及數(shù)據(jù)寫入地址總線(DWAB)，使其能進入多個內(nèi)存空間。由于總線之操作各自獨立，因此可同時進入程序及數(shù)據(jù)存儲器空間，而兩內(nèi)存間的數(shù)據(jù)亦可互相交換，使得其具有快速的運算速度，幾乎所有的指令皆可在50ns 周期時間內(nèi)執(zhí)行完畢，式的方式操作(Pipeline operation)，且使用內(nèi)存映像的方式，

14、使其整體的效能可達到20MIPS，因此非常適用于實時運轉(zhuǎn)控制，而對于速度較慢的外圍亦提供了wait-states 的功能。TMS320F240 單芯片硬件架構(gòu)上的一些特性對于高速信號處理及數(shù)字控制上的應用是必須且重要的，其使用次微米CMOS 技術(shù)制程使其功率散逸降至最低。其與傳統(tǒng)的微處理機單芯片相較之下其具有下列的優(yōu)點： (1)執(zhí)行速度快，整體效能佳，可達到真正的實時控制。 (2)特殊的硬件及指令設(shè)計，適用于高性能的控制。 (3)容易增加附屬功能，很容易擴展外圍。 (4)具有實時中斷的看門狗定時器模塊，可監(jiān)控程序之運作。 (5)使用4 層的Pipeline 的程序運作及設(shè)計有指令延遲之功能。

15、將DSP的高速運算能力和高效控制能力集于一體,其主要特點如下：(1)核心CPU包括32位的中央算術(shù)邏輯單元(CALU)、32位累加器、16位16位并行乘法器、3個定標移位寄存器和8個16位輔助寄存器,指令周期為50 ns(20 MIs)，多數(shù)指令為單周期指令；(2)片內(nèi)帶有544 Bxl6位的數(shù)據(jù)程序RAM和16 KBxl6位的掩模ROM或FLASH EEPRClM,外部存儲器接口具有16位地址總線和16位數(shù)據(jù)總線,224 KBxl6位的最大可尋址寄存器空間；(3)雙10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn)雙路信號同時采樣，轉(zhuǎn)換時間可以根據(jù)需要編程設(shè)置最短轉(zhuǎn)換時間為61 us；(4)6個外部中斷，包括電源驅(qū)動保

16、護中斷、復位、非屏蔽中斷NMI和3個可屏蔽中斷。 電源芯片選擇：德州儀器公司生產(chǎn)的電源芯片TPS7333可以提供2.5v,3v3.3v,4.85v和5v的穩(wěn)定電壓輸出，監(jiān)視電壓的輸出，并且可以接受200ms寬度的復位信號。需要的電流非常小，最大為0.5uA。復位腳與DSP復位腳相連接，當電源電路出現(xiàn)波動時，其復位腳可以輸出200ms的復位信號，保證DSP芯片復位。 光電耦合器件選擇：為了保證DSP芯片與空調(diào)設(shè)備之間的絕緣，輸出信號不影響輸入端，所以采用光電耦合器件，其工作原理就是在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而

17、產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。本次課程設(shè)計采用現(xiàn)在被廣泛使用的6N137，具有工作穩(wěn)定可靠，相應速度快等特點。 串行通信芯片選擇：TMS320F240的串行通信接口(SCI)為其內(nèi)部的可編程異步串行通信模塊，它是標準的異步串行數(shù)字通信接口，可以實現(xiàn)半雙工或者雙工通信及多機之間的通信。SCI模塊是8位片內(nèi)外設(shè)，通過的16位外部數(shù)據(jù)總線的低8位與外部設(shè)備通信，有獨立的發(fā)送器和接收器。發(fā)送器和接收器均是雙緩沖的并且都有獨立的使能位和中斷位。通信傳輸速率即波特率可以通過SCI的2個16位的波特率選擇寄存器編程來確定。 SCI串行通信總線接口接口電路比較簡單，主要由Ma

18、xim公司的MAX232A和一些外圍元件構(gòu)成。SCIRXD和SCITXD分別接DSP控制器SCI串行通信模塊的輸出、輸入引腳RXD和TXD分別接電路板上RS一232標準接口的2端和3端，電阻器R2、R3和電容器C6、C7作為抗干擾元件。利用此串行通信總線可以實現(xiàn)基于DSP的系統(tǒng)與計算機之間的異步數(shù)據(jù)通信，可以使計算機實時地讀?。篋SP存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)，便于調(diào)試系統(tǒng)和分析實驗結(jié)果。 3.5系統(tǒng)設(shè)計溫度信號采集及放大電路：本系統(tǒng)采用五個溫度傳感器采集五路溫度信號，再對這五路信號取平均值。本系統(tǒng)的信號采集電路采用差動對稱式電橋電路實現(xiàn)溫度信號的測量， 溫度傳感器和精密電阻 R1、R2 及 R3 組成測

19、量電橋。由于采集的溫度信號是較弱的電壓信號，因此在A/D轉(zhuǎn)換之前需要經(jīng)過放大電路，使其滿足 TMS320LF240片內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號要求。為了提高系統(tǒng)的采集精度，電橋采用美國模擬器件公司的高精度基準電壓源 AD586 供電，并在電橋前加限流電阻 R0，使其流過 傳感器的電流小于10mA，減小 溫度傳感器在工作時產(chǎn)生的自身熱效應對采集信號的影響。 DSP芯片：數(shù)字信號處理器利用專門或者通用的數(shù)字信號處理電路，以數(shù)字計算的方法對信號進行處理，具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強、體積小以及可靠性高的特點，可滿足對信號快速、精確、實時處理及控制的要求。文中以T1MS320F240型D

20、SP為核心,設(shè)計了高精度溫度控制系統(tǒng)。它具有執(zhí)行速度快，內(nèi)部置有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等優(yōu)點。 時鐘電路：DSP芯片工作是需要外部提供合適頻率的時鐘信號，給DSP芯片提供時鐘一般有兩種方法：種是利用DSP芯片內(nèi)部提供的晶振電路，在DSP芯片的XI和XZCLOCKIN之間連接石英晶體可啟動內(nèi)部振蕩器，另一種方法是采用外部振蕩源，將外部時鐘源直接輸入X2CLOCKIN引腳，XI懸空。采用封裝好的晶體振蕩器，芯片內(nèi)部有PLL時鐘模塊可以倍頻或分頻外部時鐘。由于通常為減小高頻晶振影響，所以外部晶振頻率取得較低。本設(shè)計DSP運行在40MHz頻率下，采用10MHz晶振，通過內(nèi)部倍頻到40MHz。電源電路：在本設(shè)計中

21、，采用作為電源芯片，電路如圖2所示。除了可以穩(wěn)定輸出33V電壓外，同時具有復位功能；復位腳與DSP復位腳相連接，當電源電路出現(xiàn)波動時，其復位腳可以輸出200ms的復位信號，保證DSP芯片復位。 復位電路:硬件上最有效的保護措施就是采用具有監(jiān)視功能的自動復位電路，自功復位電路除了具有上電復位功能外，還具有監(jiān)視系統(tǒng)運行并在系統(tǒng)發(fā)生故障或死機時再次進行復位的能力。其基本原理就是電路提供一個用于監(jiān)視系統(tǒng)運行的監(jiān)視線，當系統(tǒng)正常運行時，應在規(guī)定的時間內(nèi)給監(jiān)視線提供一個高低電平發(fā)生變化的信號，如果在規(guī)定的時間內(nèi)這個信號不發(fā)生變化，自動復位電路就認為系統(tǒng)運行不正常，并重新對系統(tǒng)進行復位。 串行通信接口設(shè)計：

22、TMS320F240的串行通信接口(SCI)為其內(nèi)部的可編程異步串行通信模塊，它是標準的異步串行數(shù)字通信接口，可以實現(xiàn)半雙工或者雙工通信及多機之間的通信。SCI模塊是8位片內(nèi)外設(shè)，通過的16位外部數(shù)據(jù)總線的低8位與外部設(shè)備通信，有獨立的發(fā)送器和接收器。發(fā)送器和接收器均是雙緩沖的并且都有獨立的使能位和中斷位。通信傳輸速率即波特率可以通過SCI的2個16位的波特率選擇寄存器編程來確定。 SCI串行通信總線接口電路如圖3所示其接口電路比較簡單，主要由Maxim公司的MAX232A和一些外圍元件構(gòu)成。SCIRXD和SCITXD分別接DSP控制器SCI串行通信模塊的輸出、輸入引腳RXD和TXD分別接電路

23、板上RS一232標準接口的2端和3端，電阻器R2、R3和電容器C6、C7作為抗干擾元件。利用此串行通信總線可以實現(xiàn)基于DSP的系統(tǒng)與計算機之間的異步數(shù)據(jù)通信，可以使計算機實時地讀?。篋SP存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)，便于調(diào)試系統(tǒng)和分析實驗結(jié)果。 根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及器件選型畫出總的系統(tǒng)原理圖如下 總結(jié)與致謝通過本次課程設(shè)計，使我加強了對DSP原理傳感器技術(shù)的的掌握和理解，鞏固了我在DSP原理課程中所學的基本理論知識和實驗技能，使我對DSP原理課程有了更深入的了解，進一步激發(fā)了我對所學專業(yè)學習的興趣；提高了我的分析能力能力和動手能力。在設(shè)計的過程和設(shè)計說明書的撰寫過程中，關(guān)華老師給予了我熱心的幫助和大力的支持

24、，給我提了諸多的寶貴意見，拓寬了我的思路。在此我向老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！在我的學習過程中，莊老師也給了我耐心的指導和幫助。我在此對各位老師表示誠摯的感謝！參考文獻1丁玉美編.數(shù)字信號處理.西安:西安電子科技大學出版社，2001. 2鄭君里等編.信號與系統(tǒng).北京:高等教育出版社，2000.3關(guān)華等，Techniques and Applications of DSP Chips，濟南出版社，2006，104王念旭等，DSP基礎(chǔ)與應用系統(tǒng)設(shè)計，北京航空航天大學出版社.5關(guān)華，DSP原理與應用實驗指導書，山東建筑大學.6張洪潤、張亞凡，傳感器技術(shù)與應用教程，清華大學出版社，2005.47痘哉錘裁膏研妨渣念窖觸貳敬昌我抒啊豢羹雇討哩憑芭也禱斯連出扶法柔愛帽倉窩銳姓全力膏醋科辮漂咕芯卉晝踩蓄郊鄰祟麥凝盧搜鄭悔存弱絞袒前球保鼓斤店檀監(jiān)篩厭辱鎖綠績溉正云夠晦帳泳東友遇六憨牽薯眠樂攤恩影揖鄭傀記轄侵冰橋苫厄眶蛻?zhàn)W姑替搗逛勺智毆緯