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-.z...1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1.1DSP系統(tǒng)簡(jiǎn)述通常,一個(gè)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(hào)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所示平滑濾波平滑濾波D/AA/D數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理抗混疊濾波輸出圖1DSP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(hào)處理能力,我們必須先將模擬信號(hào)進(jìn)展數(shù)字化〔A/D轉(zhuǎn)換〕,再對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)展相應(yīng)的算法處理,最后經(jīng)過數(shù)字信號(hào)模擬化〔D/A轉(zhuǎn)換〕后輸出。2.1TMS320VC5402TMS320VC5402是一個(gè)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:采用改良的哈佛構(gòu)造,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(chǔ)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(gè)HPI〔HostPortInterface〕接口,2個(gè)多通道緩沖單口MCBSP〔Multi-ChannelBufferedSerialPort〕,單周期指令執(zhí)行時(shí)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(gè)增強(qiáng)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/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)送存放器和三緩存的接收存放器,允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳輸,數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以為8bit、12bit、16bit、20bit、24bit、32bit。VC5402的MCBPS接口信號(hào)包括:接收數(shù)據(jù)DR、發(fā)送數(shù)據(jù)D*、發(fā)送時(shí)鐘CLK*、接收時(shí)鐘CLK*、接收幀同步FSR和發(fā)送幀同步FS*。MCBSP通過這6個(gè)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(hào)組,引腳CLK*、FS*、D*構(gòu)成發(fā)送信號(hào)組。接收和發(fā)送用的移位時(shí)鐘信號(hào)、幀同步信號(hào)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(jìn)展初始化,通過對(duì)SPCR、SPGR、RCR、*CR、MCR等串口控制存放器寫入適當(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)控制兩局部構(gòu)成。本設(shè)計(jì)利用TMS320VC5402數(shù)字信號(hào)處理器的I/O口與溫度傳感器DS18B20相連,進(jìn)展環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),將采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)展十進(jìn)制轉(zhuǎn)換后,通過LCD顯示;同時(shí)將此數(shù)據(jù)與鍵盤設(shè)定的溫度閾值進(jìn)展比對(duì),其結(jié)果用于產(chǎn)生模擬開關(guān)的控制信號(hào),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TMSTMS320VC5402LCD溫度顯示DS18B20溫度采集I/O口LCD溫度顯示DS18B20溫度采集HD7279A鍵盤驅(qū)動(dòng)HD7279A鍵盤驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的模擬開關(guān)簡(jiǎn)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(cè)溫*圍為55~+125,固有測(cè)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(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的總線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫;其測(cè)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+5VDS18B20TMS320VC5402DS18B20TMS320VC54024.7KI/O口GND+5VDQ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(hào)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(shí)溫度后,數(shù)據(jù)進(jìn)展十進(jìn)制轉(zhuǎn)化,通過LCD顯示即可。由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上集成了LCD,設(shè)計(jì)中DSP只需對(duì)LCD映射的I/O口地址輸出數(shù)據(jù),即實(shí)現(xiàn)對(duì)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)三局部組成。HD7279A是一片具有獨(dú)立串行接口,可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)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(hào)。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4HD7279A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(chǔ)、按鍵次數(shù)控制,最終通過閾值設(shè)定、比對(duì),產(chǎn)生模擬開關(guān)信號(hào)。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(tái),在此平臺(tái)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(shí)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(chǔ)空間擴(kuò)展和數(shù)據(jù)空間擴(kuò)展電路。2.1時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用來為TMS320VC5402芯片提供時(shí)鐘電路,由一個(gè)內(nèi)部振蕩器和一個(gè)鎖相環(huán)PLL組成,可通過晶振驅(qū)動(dòng)。另外外部中斷均上拉高電平,并在個(gè)電源接口加去耦電容。電路原理圖如圖5所示圖5TMS320VC5402芯片及時(shí)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存儲(chǔ)空間擴(kuò)展電路TMS320VC5402的程序存儲(chǔ)空間擴(kuò)展RAM選用IS61LV6416,程序存儲(chǔ)空間擴(kuò)展FLASH選用AT29LV1024,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間擴(kuò)展RAM選用IS61LV6416。考慮到上電及復(fù)位時(shí),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*F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(chǔ)空間擴(kuò)展電路2.4JTAG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接口仿真器.其仿真信號(hào)線采用JAG標(biāo)準(zhǔn)。IEEEl149.1,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152-4mm(6英寸),故用無緩沖的簡(jiǎn)單連接。其中,EMU0和EMU1必須接1只上拉電阻器(一般為4.7kΩ),使信號(hào)上升時(shí)間小于10μs。

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(chǔ)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(chǔ)器,在線調(diào)試用戶程序,查看內(nèi)存、CPU存放器、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(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(cè)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(dòng)升溫信號(hào)溫度<TLLED初始化,系統(tǒng)復(fù)位啟動(dòng)降溫信號(hào)LED初始化,顯示溫度DS18B20溫度轉(zhuǎn)換,取得相應(yīng)十進(jìn)制的位值開場(chǎng)LED初始化進(jìn)入DS18B20檢測(cè)循環(huán)2次,按位承受鍵值,形成TH,TLLED初始化,顯示“請(qǐng)輸入溫度值1〞,“請(qǐng)輸入溫度值1〞MCBSPI初始化系統(tǒng)初始化Int3初始化溫度<TH啟動(dòng)升溫信號(hào)溫度<TLLED初始化,系統(tǒng)復(fù)位啟動(dòng)降溫信號(hào)LED初始化,顯示溫度DS18B20溫度轉(zhuǎn)換,取得相應(yīng)十進(jìn)制的位值開場(chǎng)LED初始化進(jìn)入DS18B20檢測(cè)循環(huán)2次,按位承受鍵值,形成TH,TLLED初始化,顯示“請(qǐng)輸入溫度值1〞,“請(qǐng)輸入溫度值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(duì)DS18B20進(jìn)展讀寫編程時(shí),必須嚴(yán)格保證讀寫時(shí)序。其中采溫、測(cè)溫的子函數(shù)DS18b20Temp()流程圖如圖10所示DS18B20初始化DS18B20初始化DS18B20的寫函數(shù)DS18B20的寫函數(shù)DS18B20的讀函數(shù)DS18B20的讀函數(shù)讀出的溫度值轉(zhuǎn)換讀出的溫度值轉(zhuǎn)換取得相應(yīng)的位值取得相應(yīng)的位值圖10DS18b20Temp()子函數(shù)流程圖3.2局部程序代碼TMS320VC5402中斷及串口初始化局部程序如下所示……

stm

*0002h,

48h

stm

*0040h,

49h;設(shè)置串口1工作在每幀一個(gè)字每個(gè)字16位模式

……

stm

*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(shí)鐘由DSP內(nèi)部產(chǎn)生

stm

*000eh,48h

stm

*0008h,49h;設(shè)置FS*P=1,使幀同步脈沖低電平有效

stm

*0080h,imr;DMA一通道中斷使能

rsb*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。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(shí)到了知識(shí)和實(shí)踐的重要性。只有結(jié)實(shí)掌握了所學(xué)的理論知識(shí),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(gè)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)所說的根本上都是一樣的,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(shí)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(jiǎn)單,有嚴(yán)格的運(yùn)行時(shí)序,運(yùn)行可靠。通過C編譯器編譯出的C語言延時(shí)程序,可以得到對(duì)應(yīng)的匯編語言,再通過定時(shí)器計(jì)時(shí)及單指令周期,就能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出軟件延時(shí)程序所需的時(shí)間,滿足單線總線通訊的時(shí)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(shí)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]*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(huì).基于DS18B20的數(shù)字

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