基于DSP的嵌入式温度记录仪的设计

1、基于DSP的嵌入式温度记录仪的设计时间：2009-01-2110：42：33来源：国外电子元器件作者：刘昌伟，邵左文，王军东1引言温度采集与控制技术是测量、控制系统的重要组成部分.传统的模拟传感测量温度系统测量精度低、布线复杂，易受干扰.而新型单片数字式温度传感器测量精度高、抗干扰能力强，应用广泛。这里提出一种基于DSP的嵌入式温度记录仪的设计方案。该系统设计采用TMS320F2812型DSP，DS28EA00型1一Wire数字温度计为控制中心，采用带有USB接口的大容量U盘或SD卡作为存储介质，实现温度采集与数据存储。2系统设计方案该系统设计主要包含DS28EA00测温、USB接口、SD卡接

2、口、外扩RAM.TM$320F2812数字信号处理等模块。其中，TMS320F2812控制温度计DS28EA00顺序采集各测量点温度，经处理后暂存至外扩RAM，当满足特定条件后，通过USB接口将数据以文件形式存储到U盘或SD卡中，系统设计框图如图1所示。图1系统设计框图3系统硬件设计3.1DS28EA00测温模块DS28EA00是一款具有链路功能的lWire数字温度传感器，具有912位的分辨率，且带有用户可编程设置的非易失性温度报警阈值点。每个DS28EA00都具有工厂预先刻录的唯一64位序列号，只需一根数据线和地线就可通过1一Wire协议完成串行传输数据，支持15.3Kb/s(最大值)的标准

3、通信速率和125Kb/s(最大值)的高速通信速率。改进的lWire接口具有滞回和干扰滤波功能，使得DS28EA00能够在大型1一Wire网络中可靠工作。DS28EA00内部数据部分包括64位序列号、64位暂存器以及报警配置寄存器。1一WireROM功能控制单元处理ROM功能命令，允许器件工作在一个多点网络中。器件功能控制单元实现对器件的特定操作和控制，如读/写，温度转换，设置顺序检测的链路状态等。8bitCRC生成器在读取温度和寄存器数据时可协助主机检验数据的完整性。顺序检测链路状态时，DSP的PI0B(XD0XD7)作为输入，而PIOA(XA0XAl8)与下一个器件连接，DS28EA00数字

4、温度计的1-Wire总线接口与DSP的GPIO接口相连实现通信0DS28EA00测温模块电路如图2所示。5.OV5二H121234567891011121314TCEMUO®1TMSTRSTTDIUN1RESET11N2RESET21N21N2OUT2OUT1EN2EN1FB/SENSE1GND10UT2GND10UTTPS767D318181725232441032827RESET3.3VlOOkQCRASTAL2T0EVCCGNDCLK3.3V3二二O.lpFRESETXA18XA17EMU1XA16EMU0TDOTCKTMSTRSTVDDIOVDDIOXA15XA14XA13X

5、A12XA11XA10XA9XA8XA7XA6XA5VIAVDDIOAA4VDDIOXA3XA2XA1YA()VDDVDDVDDVDDXD7XD6XD5YD4vssXD3vssvssXD2XD1XDOXl/CLKINXZCS0AND1XZCS2XZCS6AND7XWEX2XRSXRDXR/WGPIOXD07XDOXDOXZCS2XWETMS32OF2812BGAXDO>XDOXDO>xdoT"XDO>EMUITOOW"WTRSTaacoannlainCDOS611V25616<>agE0rigZOgEOg寸OOOg9Og000a6Oa010r-

6、1sCMsEr1g寸rOsv1O3.3VOIzE0sOOO1<W-Hr(«_i111iooooooooOTZm寸S9ZOOOOOOOOQQOV.匸UU二U-C.二二二、二匸二.二=AAN|O|Miiiii(iiiiiiiiiiii>(iiiiXD15:0GPIO03.3VVDDDS28EA0010PBGNDPA3.3V?10VDDPBGND卩人DS28EA00DS28EA003.3V10VDDPBGND卩八o.imf图2DS28EA00测温模块电路图3.2USB接口模块USB接口模块采用嵌入式USB接口器件SL811HST，该器件内置USB主/从控制器，支持全速和低速数据

7、传输，能自动识别低速或全速设备，SL811HST提供的接口可与微控制器、DSP相连。此外，SL811HST内部有一个256字节的RAM,用于控制寄存器或数据缓冲器。该系统中USB设备映射TMS320F2812外扩1区域，USB接口模块电路如图3所示。+3.3V+5.OV丄0MF丰4.7mF丄o.WtL丄"-|4.7MfT15SL811HSTZLlOjillUSB_HOST123440JT"aaaaaaAAAM/SVBUSD-D+沁GNDDATA-15kQSL811HST510EVDDGNDOUTCRYSTAL15kO41"33QCLK-1L17DATA+5CZI-

8、330nWRnRDnCSnDRQnDACKAO長XWE#护XRD#丄CS#4431+3.3VGPIOAOHEADER20x2DODI皿D4D5D6D7XRD#XWE#CS#intFgpTo+3.3V4_?CLKCLK/X1X2CM§zoooIHSIHNUioeqQODl4-D6AL_D4紗3D7D6D5D4D3D2DIDO卜巳一DOnRST+5.0V+3.3VGNDGND13579111315171921232527293133353739-OO1SWPBIOmFZZlOkQ+3.3VySfT4-7m_T.TAT图3USB接口模块电路图3.3SD卡接口模块SD卡通过SPI口或并行(S

9、D)接口与主机连接.另外DSP还提供额外引脚来检测卡的存在和写保护功能。SPI总线模式下，CS为主控制器向SD卡发送的片选信号，SCLK为主控制器向SD卡发送的时钟信号，DI(DataIn)为主控制器向SD卡发送的单向数据信号，DO(DataOut)为SD卡向主控制器发送的单向数据信号。选择SD模式通信实现高速通信.采用GPIO接口满足特定的SD规范协议。4系统软件设计系统软件设计主要包括DSP与DS28EA00的通信、DSP与SD卡的通信，DSP与USB设备的通信。4.1DSP与DS28EAOO的通信DS28EA00的链路功能允许1一Wire主机检索以线性网络“链”方式连接的器件.找出其物理

10、顺序。链路功能需要输入和输出两个引脚，其中，输入引脚(EN)可使器件在检测时能对检测做出响应，而输出引脚(DONE)用于通知链路中的下一个器件其相邻器件的检测已完成。复用DS28EA00的两个通用端口实现链路功能，其中,PB作为EN输入,PA产生DONE信号并与下一个器件的EN输入相连，而第一个器件的EN输入需接至GND，或者在顺序检测时对其施加逻辑'0'信号。4.2数据存储4.2.1U盘数据存储DSP主要通过软件设计实现对USB移动存储设备的操作，而USB软件设计主要由通用的USB总线枚举部分，USBMassStorage类协议软件设计以及文件系统组成，U盘数据存储流程如图4

11、所示。SL811HST初始化举成功Y存储数据出错处理图4U盘数据存储流程图4.2.2SD卡数据存储SD卡数据存储软件设计主要包括SD卡上电初始化和SD卡的读写操作。其工作步骤如下：配置TMS320F2812的SPI接口，检测是否插入SD卡。为调试方便，将SD卡接口的Vse2引脚接地。（2）检测到SD卡，系统连续发送10次oxFFoo使SD卡的DataIn引脚状态保持至少74个时钟周期，实现系统上电初始化。（3）SD卡初始化，注意此时SPI接口的通信速度应为100400kHz以满足SD卡通信协议要求。系统与SD卡通信，提高SPI接口的通信速率。图5给出SD卡数据存储流程图。上电初始化SD卡初始化、建立通信电源控制、提高通信速率图5SD卡数据存储流程图4.3文件系统为了便于处理采集到的数据，设计了一个兼容FATl6、FAT32文件格式的文件管理系统嘲，并将数据存储到U盘或SD卡中。文件系统数据分为：MBR区、DBR区、FAT区、DIR区和DATA区。由于SD卡不要求启动，因此文件系统可以只包含有DBR、FAT、DIR和DATlA区。这里以128MB的U盘为例进行简单介绍，其文件系统结构如表l所示。表1文件系统结构文件系统结构说明起始扇区号占用扇区数BPB分区参数记录01ReservedSectors保留扇区131