基于DSP高速测温仪控制系统设计论文

1、长 春 工 业 大 学毕业设计、毕业论文毕业设计、毕业论文题 目 基于 dsp 高速测温仪控制系统设计学 院 人文信息学院 专业班级 电气工程及其自动化 070922 班 指导教师 张袅娜 姓 名 张家瑞 2011 年 6 月 3 日长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） i摘摘 要要本文主要论述了 dsp 芯片在高速测温系统中的应用。该测温仪具有对高速加热或降温过程进行高速测量的功能，测量的温度值经过 fft 滤波处理后送显示或打印。 本文首先介绍了测温仪器的发展现状，并结合广泛的市场调研论证了在我国用 dsp 芯片研制高速测温仪的必要性和可行性。接着在介绍了 dsp 芯片的发展与应用领域

2、、dsp 芯片的主要结构特点及分类的基础上，针对高速测温仪系统的特点进行 dsp 芯片的选型，并对所选芯片tms320f240 的结构和特征进行了详细说明。然后详细说明了测温仪所要实现的功能，在测温仪所要实现的功能的基础上对测温仪各部分硬件进行了设计与优化。在硬件设计基础上，利用代码调试器完成了各部分的软件设计。同时也解释了本系统其它部分芯片选择的原因。在考虑到系统将要实现的功能和所选择的芯片之后，给出了系统各部分的简略框图。然后详细说明了本系统的研制过程，包括硬件设计、软件设计、抗干扰设计、程序的编写等。最后经过了硬件和软件调试，实现了预期的高速测温的功能。而且展望了本仪器的应用前景及可以进

3、一步完善的地方。关键词：关键词：dsp 高速测温长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） iiabstractabstractthis 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 val

4、ue 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 fea

5、sibility. 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 - th

6、e 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 comple

7、ted 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 sy

8、stem, including hardware design, software design, anti-interference design, program 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） iiicompilation, 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

9、can be further perfect place. keywords:keywords: dsp high-speed temperature measurement长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） iv目目 录录第第 1 1 章章 概概 述述.11.1 设计目的 .11.2 温度测量技术的现状和展望 .11.3 dsp 芯片的发展 .21.4 dsp 芯片的选择 .4第第 2 2 章章 方案论证方案论证.62.1 单片机选择 .72.2 温度传感器选择 .82.3 存储器 .9第第 3 3 章章 系统的电路设计系统的电路设计.103.2 时钟电路 .103.3 复位电路 .1

10、13.4 向前通道测量电路 .113.4.1 传感器的选择.123.4.2 放大倍数的确定.123.4.3 模数转换器.133.5 存储器接口 .143.6 电源电路 .173.7 显示器接口电路 .173.8 打印机接口电路 .193.9 热电偶冷端补偿电路 .20第第 4 4 章章 系统的软件设计系统的软件设计.214.1 采样部分程序设计 .224.2 显示程序设计 .234.3 热电偶冷端补偿测温程序 .24长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） v4.4 软件编写采用的语言 .25第第 5 5 章章 系统的抗干扰设计系统的抗干扰设计.275.1 硬件抗干扰设计 .275.2 软件抗

11、干扰设计 .285.2.1 干扰对测控系统造成的后果.295.2.2 软件抗干扰对策 .30总总 结结.32致致 谢谢.33参考文献参考文献.34附录附录 1 1：原理图：原理图 .36附录附录 2 2：adad 转换子程序转换子程序.37附录附录 3 3：显示子程序：显示子程序 .38附录附录:4:4：热电偶冷端温度补偿测温子程序：热电偶冷端温度补偿测温子程序.40附录附录:5:5：fftfft 算法子程序算法子程序 .43长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） vi长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 1第第 1 1 章章 概概 述述1.11.1 设计目的设计目的1 通过程序设计更加

12、了解了对 dsp 软件相关知识的学习与应用2 学习了编程语言并且能熟练掌握有关内容和应用3 能够把 dsp 和电路相结合分析1.21.2 温度测量技术的现状和展望温度测量技术的现状和展望科学技术的发展已经与测量技术的发展紧密联系在了一起，科学技术为测量技术提供更多选择条件，温度测量是工业、农业、国防和科研等部门常用的测量项目。它在工农业生产和现代科学研究及技术开发过程中也是一个非常重要的测量参数。在生产和科学研究中，为了更够测量更精确的测量结果，需要用定值方式给物体冷热程度给与描述。所以要建立适当的标尺来衡量物体的冷热程度，更便捷地描述物体各种性能随温度变化关系。现在温度检测技术已经在科学发展

13、中起到了非常重要作用。温度测量首先是有温度传感器来实现的。测量仪器由温度传感器和信号处理两部分组成。温度测量的过程就是通过通过温度传感器将被测对象的温度值转换成其它形式的信号，传递给信号处理路进行信号处理转换成温度值显示出来。温度传感器随着温度变化而引起变化的物理参数有：膨胀、电阻。电容、热电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪音等等。随着生产的发展，目前全国通用的温度传感器及测量仪有如下几种： 1）热膨胀式温度计 具有结构简单，制造和使用方便，价格低和精度高等优点。缺点是不能远距离测温，结构易坏；2）电阻温度计 具有测量精度高，性能良好，灵敏度高，应用广，能够较远长春工业大学人文信息学院毕业设

14、计（论文） 2距离测温，并能实现温度自动控制和记录等优点；3）热电偶 其特点是测量精度高，结构简单易懂，动态响应快，野远距离测量，测量范围广；4）辐射式测温仪表 其测量精度不如热电偶温度计高，测量误差大，测量范围大约在 400 3200。该仪表有全辐射高温计，单辐射高温计和比色温度计三种；5）石英温度传感器测温仪 其稳定性很好，灵敏度可达 0.001以上，缺点是响应速度较慢，测温速度大约一秒一次，不适合快速测温；工业中测温仪大部分采用单片机作微处理器。普通的单片机指令周期为2us。因为其内部不能满足某些特殊要求的高速测温。有些单片机速度快却不能完成 fft 等复杂滤波算法，不能高速测温。也有采

15、用工控机来进行高速测温，但是工控机受外界干扰严重不能实现现场测温，该一起不方便携带。1.31.3 dspdsp 芯片的发展芯片的发展数字信号处理器（digital signal processing,简称 dsp）是一门应用科学又应用在各种领域的新兴科学。在 20 世纪以前虽然随着计算机和信息技术的发展的同时数字信号处理技术也得到很好发展，由于当时网络不发达数字信号处理理论没有广泛应用。80 年代初 dsp 产品推出以来，其发展迅速，生产厂家众多，产品种类繁多，工作速度不断提高，其主要应用实现数字信号处理算法。dsp 芯片有如下特点：1）在一个指令周期内能完成一次乘法和一次加法；2）程序和数据

16、是单独存放的，可以同时访问指令和数据；3）片内有 ram 可通过数据总线同时访问两片；4）具有跳转的硬件支持；5）能很快进行中断处理和硬件 i/o 支持；6）可以并行执行多个操作；7）能流水操作；目前市场最常见的 dsp 芯片有美国 ti 公司生产的 tms320 系列，ad 公司的长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 3adsp系列，motorola 公司的 dsp 系列，日本 nec 公司的 pd 系列及 at&t 公司 dsp 系列等。以上产品性能上差别不大，但是因为现实的一些原因，国内普遍使用是 ti 公司的 tms320 系列，其次是 ad 公司的 dsp 系列，特别是

17、ti 公司由于发展迅速，种类多，芯片内部资源丰富、支持软件完善而领先其他系列产品， ，市场占有率为45%，我们是奇偶选 tms320 系列芯片。以 tms320 系列为例，从上市的短短十几年，ti 公司已经生产除了第二代、第三代、第四代。第五代 dsp，直至第六代产品（tms320c6x，c8x） ，产品不断更新完善，推出速度快，性价比高新一代产品，在 tms320 系列产品中，c1x、c2x已属于淘汰产品，c5x 也将被淘汰。tms320 系列 dsp 产品发展以三个平台为基本的。一个是 dsp 控制平台 c2000（c20x,c24x） ；另一个是有效性能平台c5000(c5x,c54x)

18、；第三个是高性能平台 c6000(c3x,c4x,c8x,c67x)。从内部结构和资源分析，不同系列有不同的特点，以 tms320 较新产品为例，c20x(c203，f206)有多达 4.5k 的片内程数据/程序 ram，支持同步，异步串口。f206 内部有 32k 的片内 flash，能在线改写。c20x 主要面向计算机。工业、电话等新的 dsp 应用。c24x（f240,f241,f243）是 dsp 控制器，它除含有 16k/8k 片内 flash 外，还含有双 10 位 a/d，12 个 pwm 控制器，sci/pci 接口和 can 总线，及 3 个简单比较单元，通常适合高速控制。c

19、54x 集成了 viterbi 操作对编码算法非常有用，还可实现多处理机间的通信，其具有三种节电模式，可 2.7v 和 5v 供电，c54x 可用于电信应用，如数字移动通讯。c3x 是 tms320 系列 32 位浮点，具有高度并行性，c3x 的 dma 控制器有自己的数据总线，可与 cpu 并行工作。c3x 可用于数字音频、三维图形、激光打印机、复印机、扫描仪、视频会议、工业自动化、马达控制和网络等。c62x 为 32 位定点 dsp，具有高度并行性，芯片可达到每秒 16 亿次定点运算，其高性能将使它在通信，雷达信号处理，医疗成像等方面获得广泛应用。dsp 凭借出色的运行性能和独特的硬件结构

20、，得到了很好的发展和广泛的应用。dsp 有很强的运算功能和高速的传输数据能力，能方便的处理一些实时信号；长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 4它采用内存映射方式管理 i/o，能灵活方便扩充外围电路； dsp 在制作上采用超大规模集成电路生产技术，由 3mnos 改为现在的 0.25cmos，将中央处理器、程序寄存器数据寄存器和乘法器、移位器、累加器、地址发生器集成在一个芯片上，芯片本身还有数据指针的逆寻址功能、指令的重叠运行、无消耗控制等等。这些高性能在谱估计、数字滤波、数字压缩等方面得到了充分的体现。1.41.4 dspdsp 芯片的选择芯片的选择在 dsp 应用系统设计中，选择 ds

21、p 芯片是重要的一个环节。要先选定 dsp芯片才能设计电路及系统的其他电路。由于应用系统应用场合、应用目的不同对选择的 dsp 芯片也不同。所以应考虑如下因素。ti 公司的产品中，tms320c1x，c2x，c5x，c54x，c6x，c62x 都属于定点 dsp，而 tms320c3x，c4x，c8x 和 c67x 则为浮点 dsp。这两者比较，第一，浮点 dsp 的运算精度高，动态范围广，而定点 dsp 动态范围较小，需要经常定值为运算时防止溢出和给编程造成不便；第二，浮点 dsp 的地址总线比定点宽，寻址空间大，有利于信号处理；第三，浮点 dsp 的结构较复杂，浮点 dsp 的总体运算能力

22、较强，比较容易开发；除此之外，定点 dsp 具有较多外围电路接口，如主机接口、异步、同步接口等，更适合控制领域的应用。dsp 芯片的运算速度。它是 dsp 芯片的一个最重要性能指标当 dsp 应用于高速测温时，运算速度是选择芯片的重要指标。dsp 芯片运算速度可以用指令周期、mac 时间、fft 执行时间、mips、mops、mflops、bops 性能指标来衡量。dsp 芯片的硬件资源。不同 dsp 芯片的硬件资源也不同，如片内rom、ram 数量，外部可扩展总线接口，i/o 接口，程序和数据空间等。在同一系列中 dsp 芯片中不同的 dsp 芯片都具有不同内部硬件资源，能够适应不同的需要。

23、dsp 芯片的运算精度。一般的定点 dsp 芯片的字长为 16 位，还有定点 dsp芯片为 24 位的。浮点芯片的字长一般为 32 位，累加器为 40 位。长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 5dsp 芯片的开发工具。在 dsp 开发中，开发工具是必不可少的，在功能强大开发工具支持下，如 c 语言支持，开发时间大大缩短，dsp 芯片开发工具包括软件和硬件的开发工具。 、除了以上因素还要考虑 dsp 芯片封装的形式、供货情况、质量标准、生命周期等。当 dsp 系统要求是工业级或军用级标准必须注意所选芯片有没有工业级或军用级的同类产品。长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 6第第 2 2

24、 章章 方案论证方案论证本方案研制的是高速测温，我们选择两个不同点作为采样点，由两路传感器将采集的温度信号转变为电信号，通过放大镜放大成 dsp 能接受的信号，dsp 内部的 a/d 转换器把模拟信号转换成数字 ad 值，ds18b20 起到了热电偶的冷端补偿作用，在 系统上电时测出温度值送到存储器中，然后 dsp 将总的 ad 值拟合成温度值，最后显示出来，工作人员可以根据需要测出随时温度，也可根据需要打印初温度时间曲线。该系统主要由单片机及外围器件构成。主要有温度传感器、放大器、数据存储器、键盘、显示器、报警等组成。该系统硬件框图如图 1-1。单片机电源键盘放大器温度传感器存储器ds18b

25、20打印机显示器图 2-1 系统硬件框图2.12.1 单片机单片机选择选择单片机：at89c51 单片机是 atmel 公司生产的高性能 8 位单片机，主要功能如下： 1）兼容 mcs-51 指令系统； 2）32 个双向 i/o 口，两个 16 位可编程定时/计数器；3）1 个串行中断，两个外部中断源； 4）可直接驱动 led； 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 75）低功耗空闲和掉电模式； 6）4 kb 可反复擦写(1 000 次)flasi rom； 7）全静态操作 o24 mhz； 8）1288 b 内部 ram。 该款芯片的超低功耗和良好的性能价格比使其非常适合嵌入式产品应用。

26、tms320f240 为 ti 公司所出品的定点式数字信号处理器芯片，具有强大的外围，芯片内部采用了加强型哈佛架构(enhanced harvard architecture)，由三个平行处理的总线程序地址总线(pab)、数据读出地址总线(drab)及数据写入地址总线(dwab)，使其能进入多个内存空间。由于总线之操作各自独立，因此可同时进入程序及数据存储器空间，而两内存间的数据亦可互相交换，使得其具有快速的运算速度，几乎所有的指令皆可在 50ns 周期时间内执行完毕，内部的程控以管线式的方式操作(pipeline operation)，且使用内存映像的方式，使其整体的效能可达到 20mips

27、，因此非常适用于实时运转控制，而对于速度较慢的外围亦提供了 wait-states 的功能。tms320f240 单芯片硬件架构上的一些特性对于高速信号处理及数字控制上的应用是必须且重要的，其使用次微米 cmos 技术制程使其功率散逸降至最低。其与传统的微处理机单芯片相较之下其具有下列的优点：1）执行速度快，整体效能佳，可达到真正的实时控制。2）特殊的硬件及指令设计，适用于高性能的控制。3）容易增加附属功能，很容易扩展外围。4）具有实时中断的看门狗定时器模块，可*程序之运作。5）使用 4 层的 pipeline 的程序运作及设计有指令延迟之功能。综上因素选用 tms20f240 芯片为核心研制

28、高速测温仪。2.22.2 温度传感器温度传感器选择选择温度传感器：利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 8红外温度传感器：红外辐射也称红外线，是指辐射波长大致为 0.75-1000mm频谱范围内的电磁波。红外辐射的物理本质是热辐射，当物体温度处于绝对零度以上时，其内部带电粒子的热运动就会向外发射出红外线。物体的温度越高，辐射出来的红外线就会越多，红外辐射的

29、能量也就越强。红外温度计是基于物体红外辐射的能量大小及其波长的分布，与物体表面温度的对应关系，并通过对物体自身辐射的红外能量的测量，来准确地测定物体的表面温度。与热电偶、热电阻等常规温度传感器相比，红外温度计具有测温范围宽、寿命长、性能可靠、反应极快和非接触性等诸多优点。 另外，红外温度计还特别适合测量腐蚀性的介质和运动物体的温度，而且不会破坏到被测对象的温度场。传感器 ds18b20：具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。 。ds18b20 的特性：1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5v，寄生电源方式下可由数据线供。2）独

30、特的单线接口方式，ds18b20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 ds18b20 的双向通讯。3）ds18b20 支持多点组网功能，多个 ds18b20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。4）ds18b20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5。6）可编程的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温。7）在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把

31、温度值转换为数字，速度更快。8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给 cpu，同时可传送 crc 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 9综上因素选择 ds18b20 芯片为核心研制高速测温仪。2.32.3 存储器存储器存储器：（memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。按用

32、途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。第第 3 3 章章 系统的电路设计系统的电路设计3.13.1 系统的电路设计系统的电路设计长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 10该温度仪的电路有如下几部分组成：（1）存储器接口电路；（2）复位和时钟电路；（3）显示器接口电路；（4）前向通道测量电路；（5）打印机接口电路；（6）电源等。3.23.2 时钟电路时钟电路给 tms20f240

33、提供时钟有两种方法。一种是将外部时钟源直接输入 xtal 1 /clkin 引脚，xtal2 悬空，采用封装好的晶体振荡器。另一种是利用 dsp 芯片内部提供的晶振电路，把一晶体连接在 tms320f240 芯片的 xtal 1 和 xtal2 之间可启动内部振荡器，如图 3-1 所示。在实验中采用这种方法。c?30pc?30py?crystalx2x1/xclkin图 3-1 内部震荡电路3.33.3 复位电路复位电路图 3-2 所示为手动复位电路。刚通电时，tms20f240 处于复位状态，长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 11vcc50k10ufs?sw-pb/xrs图 3-2

34、手动复位电路/rs 为低使芯片复位。为使芯片初始化正确，一般应保证/rs 为低至少持续 3 个clkout 周期。但是上电后，系统的晶体振荡器往往需要几百毫秒的稳定期，一般为 100ms-200ms。图 3 电路的复位时间主要由 r 和 c 确定。用式 3-1，设 v1=1. 5v 为低电平与高电平的分界点，则: （式 3-1）11ln(1/)trcv vcc 选择 r=100， c=4.7 ，可得 t1=l67ms，随后的施密特触发器保证了低电平的持续时间至少为 167ms，才能满足复位要求。在实际的 dsp 应用系统特别是产品化的dsp 系统，可靠性是一个不容忽视的问题。实际上 dsp 系

35、统的时钟频率较高，在运行时极有可能发生干扰和被干扰的现象，严重时系统可能会出现死机现象，为了克服这些情况，不仅在软件上做保护措施，在硬件上采用具有监视功能的自动复位电路。3.43.4 向前通道测量电路向前通道测量电路用 dsp 进行测温系统必须有被测电信号的输入通道，它用来采集重要的输入信息。在测量系统中怎样能更准确获取被测信号是核心任务；在测控系统中，对被控现场的监视和对被控对象状态的检测是重要的环节。要利用传感器将非电信长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 12号转换成电信号才能完成测量和控制任务，因为计算机只能识别和处理电量数字信号。得到的模拟电信号，经过放大并通过 a/d 转换为数

36、字量后才能由计算机进行有效的处理。本方案中采用两路热电偶传感器采集两点的温度信号，放大器采用高速的 lm358，可以两路同步采样，因为 tms320f240 内部自带 2 个 a/d,由于传感器的噪声大，工作环境比较恶劣，在传感器的输出端上会产生较大的干扰信号，当应用于低速测温，前向通道中可以采取硬件滤波措施，提高信噪比。采集的信号经放大器放大后通过滤波将噪声和其它干扰信号滤去。而在高速测温时，由于硬件滤波器的响应速度慢，因此不能在前向通道中采取硬件滤波，但可以将数据存储后通过软件滤波来处理。因为 tms 320f240 内部自带 adc， ，所以可以将两路电信号可以直接接入 dsp。3.4.

37、13.4.1 传感器的选择传感器的选择为提高热电偶的响应速度，在此采用小直径 0.5mm 的镍铬一镍铝(硅)热电偶(k 型)。含铬 18-20%的镍合金具有良好的抗氧化性能，在还原气氛中的稳定性也大大改善。这种热电偶的抗氧化能力强，材料也不易变脆，热电动势稳定性好，适用于 1300以下的温度测量，测温不确定度小于 400时为，大于 400时为所测电动势的 1%。满足高速测温要求，而且这种热电偶成本低可以降低系统成本。3.4.23.4.2 放大倍数的确定放大倍数的确定k 型热电偶在 1000时的热电势为 41.269mv，而 tms 320f240 内的 adc 满量程为 5v。放大器 lm35

38、8 采用单极性输入时的饱和输出电压为 3.83v. 故放大倍数为 3830/41.269=92。采用二级放大，第一级放大 9 倍，第二级放大 10 倍。电路如图 3-3.长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 13图 3-3 放大电路图3.4.33.4.3 模数转换器模数转换器tms320f240 芯片的 adc 模块含两个带采样保持电路的 adc。芯片内共有 16 路模拟输入通道，每个 adc 有 8 路模拟输入通道，通过 1 至 8 多路转换开关接入。每个 adc 完成转换的总时间为 6.6 s。而高速测温过程，如激光加热速率约为1000001000000/s ，温度变化 1最长时间需

39、100s。因此该 adc 完全能满足实时高速测温的要求。adc 模块有以下功能:1.每个 adc 可执行独立的或连续的采样、保持操作。2.两个模拟输入通道同步采样和转换。3.转变可由软件、内部或外部事件处理器启动。（1）adc 模块的管脚介绍adc 模块共提供 20 个管脚与外部电路接口。adcino-adcin 15 这 16 个管脚是模拟输入管脚，有两个模拟参考电压输入管脚。模拟电压信号与数字电压信号应分开。为保证转换精度电源采用标准减噪声设备。模拟电源信号线应尽可能的短和粗。adcino-adcin7 是属于第一个 adc 模块，adcin8-adcin15 属于第二个 adc 模块。a

40、dcino, adcin 1, adcin8 和 adcin9 还具有数字 1/o 的第二功能。通过软件长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 14编程这四个管脚可用作 i/o 口。但是这四个管脚的转换精度没有其它 12 个模拟输入管脚高。（2）adc 模块的工作模式a）两个通道采样和转换可以同步进行。b）单独或连续的采样、保持和转换操作。c）adc 模块单元采用二级堆栈结果寄存器。d）开始转换操作可由软件指令、外部信号传递到器件的管脚或通过事件处理来实现。e）将位写入 adc 的控制寄存器时，不影响正在进行的转换过程。新写入的位值先进入未激活寄存器而不是激活寄存器，一旦转变完成后新位的设置

41、立即从未激活寄存器转移到激活寄存器。下一个转换由新位的设置来决定。f）如果中断没有被屏蔽的话，转变结束时会设置一个中断标志并产生中断。如果第三个转变开始而没有读 fifo 堆栈的话，第一个转变数据将丢失。(3)模拟信号的采样和转变单个 adc 模块执行采样一个时钟周期，转变四个半周期，因而整个采样转变时间是五个半周期。adc 模块的结构要求采样转变时间是 5.5 s 或更长以保证转换精度。adc 时钟周期数目与 5.5 s 的最小值关系应满足系统时钟频率。因为系统时钟频率可以偏离这个关系。adc 模块提供的预标定允许应用过程中 dsp时钟变化时 adc 模块保持最优化操作。因此在选择 adc

42、模块的预标定值时，应保证这个 adc 模块的采样转变时间大于或等于 5.5s。这个预标定值应满足以下公式: 系统时钟周期(sysclk)预标定值 5.5=5.5s3.53.5 存储器接口存储器接口在tms320lf2407芯片中有32k字的flash程序存储器，544字双口ram(daram)和2k字的单口ram(saram)。对于程序存储器32k字的flash已经可以满足要求。但对于高速测温，仅有的数据存储器是不够的。在本方案中，一次采样周期为8us，采长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 15样值占用两个字节，则采样的数据量为250k字节秒。如此大的数据量仅靠片内的ram是不够的。因此

43、必须扩展外部数据存储器。在本实验中采用两片128kx8静态随机读取存储器tc55v8128bj-12构成16位128k的扩展存储器。tc55v8128bj-12具有容量大、功耗低、集成度高、速度快、设计和使用方便等特点。图3-4是tc55v8128bj-12的外部引脚排列图，各引脚名称及功能。分别如下：aoa16是17条地址线：i00i07是8条双向数据线；ce是片选线，低电平有效，we是写控制线，当cs为低电平时，we的上升沿将i00i07上的数据写到aoa16选中的存储单元中；oe是读出允许端，低电平有效。图3-4 tc55v8128bj-12的引脚功能图存储器与 tms320lf240

44、的接口电路如图 3-5 所示：长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 16图 3-5 存储器与 tms320f240 的接口电路采用数据选通线/ds接外部ram的a16地址线。因此数据区ram64k(0000h-fffh)，程序区为ram的后64k(10000h-1ffffh)。对dsp而言，程序区和数据区的地址均为0000h-ffffh。由于tc55vsl28bj-12是8位的sram，tms320lf2407的数据线有16位，故需要两片tc55vsl28bj-12并联构成16位的外接存储器。如果程序区采用外部的 ram 时，应将 dsp 芯片的 mpmc 置高，使芯片工作在微处理器方式。

45、如果内部 flash 设置有效，则相同的地址的外部 ram 自动无效。当外部 ram 的存取速度不能全速运行时需要根据速度设置插入等待状态。长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 17图 3-6 cs2 控制数据保持时序3.63.6 电源电路电源电路tms320lf2407 dsp芯片的供电电压为33v，但有些外围器件供电电压为5v。因此在电路中需要提供5v和33v的电源。电路如图3-7所示。220v的交流电经变压器后输出8v的交流电，8v的交流电由四个二极管构成的整流电路整流后得到8v的直流电，再经过稳压器mc7805输出5v的直流电压。5v的直流电压再经过低压降稳压器tps76301将电

46、压稳定在33v。f12ad4qq12p1220vvingndvoutu47815vingndvoutu67915t?trans4c?0.1ufc?1000ufc?1000ufc?0.1ufvingndvoutu47815c?0.1ufc?0.1ufc?0.1uf+15v+5vgnd-15v图 3-7 电源电路3.73.7 显示器接口电路显示器接口电路长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 18在同一时刻只有一个显示器通电，但是由于人眼的视觉暂留现象和发光二极管的余辉效应，因此在人们看来，每个显示器都在稳定地显示。这种巡回扫描显示器的操作要靠程序控制。动态显示的亮度要受电流平均值的影响，其电流

47、平均值增大，显示亮度增强。在本测测温仪的显示器是测控系统实时地自动地向操作人员提供必要的状态信息的手段和途径之一。它使操作人员能够及时地观察到系统的运行情况和对操作命令的响应结果。它是测控系统与操作者实现交换作用的另一个方面。在测控系统中，常用的显示器主要有led(发光二极管显示器)和lcd(液晶显示器)。这两种显示器配置灵活，与控制器接口方便。发光二极管显示器的成本较低，显示的亮度较大。所以本测温仪采用发光二极管显示器。对多个八段led数码管的接口方法主要有两种：动态驱动法和静态驱动法。动态显示是把需要显示的字符的各字段断续通过电流，因而其发光是不连续的。使用动态显示法时，在每点亮一个显示器

48、之后，必须持续通电一段时间，使之发光稳定，然后再点亮另一个显示器，如此巡回扫描所有的显示器。巡回显示的速度较快，每秒可重复多次(为了不产生闪烁，可每秒扫描20次左右)。虽然温仪中，由于需要显示的数据位数较多(10位)，如果用动态显示法则显示的软件开销较大，而且动态显示是巡回扫描方式，当显示数据位较多时，首位数与末位数点亮的时间间隔较大，人眼能感觉到数据在闪烁。所以本测温仪采用静态显示法。串行口静态驱动方式的led显示逻辑如图3-8所示。长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 19 图3-8串行口静态驱动方式的led显示图该测温仪的显示器由十位发光二极管组成，前七位显示高能量密度加热的时间，后

49、三位显示与时间对应的加热温度。我们使用74lsl64串行输入并行输出8位移位寄存器作为段选码驱动器，每一位用一片74lsl64，其并行输出脚作段选的静态驱动。八段led数码管的公共阴极端连在一起接低电平，十片74lsl64串连起来，即可构成一个十位的八段led数码显示器。3.83.8 打印机接口电路打印机接口电路打印机采用 tpup-nh 形式热敏打印机，它是新型行式直接热敏打印机，整机体积小、重量轻、噪音低、打印质量高、可靠性好，适用于打印记录数据和曲线等应用场合。打印机接口形式既可并行也可串行接口。为使打印速度快些本实验采用与 centronics 标准兼容的 db-25 并行接口。该接口

50、信号时序图如图 3-10。该打印机与 dsp 接口如图 3-9 所示。长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 20图 3-9 打印机与 dsp 的接口电路长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 21图3-10 打印机与dsp的接口信号时序3.93.9 热电偶冷端补偿电路热电偶冷端补偿电路热电偶冷端补偿采用美国 dallas 公司生产的单线数字温度传感器ds18b200。用该器件来测量热电偶周围的环境温度，因为环境温度在几秒中的范围内是稳定的，因此只需在系统上电时测一下环境温度，送入存储器中。加上这个温度补偿就是热电偶测得的温度值。采用该器件可以简化电路设计。该器件的主要性能如下：1）单线接

51、口; 2）测量范围是-55+125 ;3）供电范围 3v5.5v;4）将温度转换成 12 位数字最长时间为 750ms;5）非易失性温度报警;6）温度计可编程 9-12 位;故只要将其数据线与 dsp 的一 i/o 口相接即可，再将其电源线和地线分别接长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 22上。第第 4 4 章章 系统的软件设计系统的软件设计系统完成功能是将现场两点的温度数据经过采集处理，先转换成数字信号，在拟合成温度值后显示出来。显示时可根据需要显示一点或两点温度。如果温度超出了测量范围，那么显示“9999” 。流程图如图 4-1。系统初始化采样超温？存储滤波处理拟合成温度值同时显示两

52、点温度显示某点温度打印报警图 4-1 测温系统总流程图4.14.1 采样部分程序设计采样部分程序设计经过放大器两级把热电偶采集得到的电压放大后经过滤波送人 dsp。放大后的电信号直接接入 dsp 内部自带的 ad 转换器将电信号转换成数字信号即 ad 值，最后根据电压与 ad 值得关系及热电偶的热电势与温度之间的关系将 ad 值转换为温度值。如图 4-2。见附录一。adc初始化adctrl1、adctrl2的设置i=0ad采样转变读ad值i=i+1i6; temp 1&=0 x03ff; temp 2=temp 26;temp 2&=0 x03ff;附录附录 3 3：显示子程序

53、：显示子程序/*-显示初始化-*/void init_ display () delay (60000); set_ co (); set_ write (); set_ rd (); set data (); delay (5); write command(0 x24);/*初始化命令*/ write_ command (1); write_ command (3); write _command (5); for (n=0; n 1 0; n+) 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 39 write byte(n,32);/*清屏*/ /*-显示温度-*/void dips _da

54、ta (unsigned char p, unsigned char data)unsigned char d0, dl, d2, d3;float t;read_ distemper (); /*ds18b20*/t=-12.2178+1.4196*data+temp7;if (t=9999) d0=data/1000; dl= (data%1000)/100; d2= (data% 1000) % 100)/ 10; d3= (data% 1000) % 100) % 10; write_ byte (0+p, d0); write_ byte (l+p, d1); write _byte

55、 (2+p, d2); write _byte (3+p, d3);elsewrite_ byte (0+p, 9);write_ byte (1+p, 9);write_ byte (2+p, 9);write_ byte (3+p, 9);长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 40附录附录:4:4：热电偶冷端温度补偿测温子程序：热电偶冷端温度补偿测温子程序/*-ds 18b20 initialization-*/void init_ds () asm(“ldp #0e1h”); asm(“lacc 7092h ”); asm (“ and #0ff7th ”);/*set up iop

56、c7*/ asm (“sach 7092h ”); asm(“ sacl 7092h ”); asm (“lacc 709ah ”); asm (“or #8000h ”); /*iopc7 =output/ clear _birds ();delay (2000)；/*delay 600us*/长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 41send_ birds ();delay (200); /*delay 60us/*/clear birds;delay (500);/*delay 240us*/send birds;delay (1000); /*delay 480us*/*- write ds18b20- */void writhed (unsigned char com)int nn, jjj;send_ bitds ();clear_bitds ();delay (32); /*delay l6us*/com&=0 xff;for (nn=0; nn8; n