【正文】 ................................................................................................ 10 第 3 章 硬件介紹 .......................................................................................................... 11 主控制器 TMS320F2812 介紹 ....................................................................... 11 TMS320F2812 主要特點(diǎn) ...................................................................... 11 TMS320F2812 的 CPU 內(nèi)核介紹 ........................................................ 13 TMS320F2812 的外設(shè)介紹 .................................................................. 13 TMS320F2812 系統(tǒng)控制及中斷 .......................................................... 15 系統(tǒng)總體框圖 .................................................................................................. 17 DSP 最小系統(tǒng) .................................................................................................. 17 數(shù)據(jù)采集和處理模塊 ...................................................................................... 18 顯示模塊 .......................................................................................................... 18 通信模塊 .......................................................................................................... 18 本章小結(jié) .......................................................................................................... 19 第 4 章 軟件設(shè)計 ........................................................................................................ 20 開發(fā)環(huán)境和工具介紹 ...................................................................................... 20 開發(fā)環(huán)境 CCS ...................................................................................... 20 C 語言開發(fā)介紹 ................................................................................... 21 軟件的總體設(shè)計 .............................................................................................. 22 主程序設(shè)計 ...................................................................................................... 23 采樣程序設(shè)計 .................................................................................................. 24 數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計 .......................................................................................... 28 FFT 計算實(shí)現(xiàn)過程 ............................................................................... 28 參數(shù)計算過程 ...................................................................................... 29 顯示程序設(shè)計 .................................................................................................. 30 通信程序設(shè)計 .................................................................................................. 31 CMD 文件的配置 ............................................................................................ 32 本章小結(jié) .......................................................................................................... 35 第 5 章 總結(jié) .................................................................................................................. 36 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 37 翻譯部分 ........................................................................................................................ 38 中文譯文 ................................................................................................................ 38 英語原文 ................................................................................................................ 46 致 謝 ............................................................................................................................ 50 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 第 1 章 緒論 設(shè)計背景 防爆開關(guān)的目的和意義 隨著煤礦現(xiàn)代化程度的不斷提 高和井下高壓供電距離的增加，對煤礦井下供電系統(tǒng)可靠性、安全性和連續(xù)性的要求越來越高 。 基于 DSP 的煤礦防爆開關(guān)采集電路（軟件設(shè)計） 摘 要 煤礦電網(wǎng)防爆開關(guān)是礦井供電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它負(fù)責(zé)向工作面和掘進(jìn)面的工機(jī)械提供電能。同時，由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，負(fù)荷波動大，工況很不穩(wěn)定，瓦斯煤塵積聚、滴水冒頂事故等會使電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度逐漸降低。 防爆開關(guān)的應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀 隨著井下自動化，網(wǎng)絡(luò)化的不斷發(fā)展，構(gòu)建礦井自動化檢測平臺成為必要，因?yàn)閷Ω邏悍辣_關(guān)綜合保護(hù)器通訊功能提出了更高 的要求。因此，在這方面有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。高效可靠穩(wěn)定快速的防爆開關(guān)采集電路將大大提高防爆開關(guān)的可用性，大大提高井下電網(wǎng)的安全性，充分保證安全生產(chǎn)，安全運(yùn)行，并將為保障國家和人民的生命財產(chǎn)做出一定的貢獻(xiàn)。 DSP 的芯片可以按照以下的三種方式進(jìn)行分類 [4]： （ l） 按基礎(chǔ)特性分 這是根據(jù) DSP 芯片的工作時鐘和指令類型來分類的。專用型 DSP 芯片為特定的 DSP 運(yùn)算而設(shè)計，更適合特殊的運(yùn)算，如數(shù)字濾波，卷積和 FFT 等。 7)自動控制一如引擎控制、聲控、自動駕駛、機(jī)器人控制、磁盤控制等 。 本文的重點(diǎn)放在采集電路的軟件設(shè)計實(shí)現(xiàn)上，這其中主要應(yīng)用了 DSP2812 的 C 語言編程功能，主要工作是在 CCS 環(huán)境下完成的，包括頭文件的添加、 TI 提供的源文件的應(yīng)用以及采樣算法功能的實(shí)現(xiàn)。對于模擬量采集，根據(jù)采樣信號的不同，可分為直流采樣、交流采樣 [6]。 直流采樣即采集經(jīng)過變送器整流后的直流量。按照采樣定理，一個連續(xù)模擬信號 Xa(t)，其頻譜的最高頻率為 F0，對他進(jìn)行等間隔采樣而得離散時間信號 X(n)，則只要在采樣頻率 Fs2F0時， X(n)就可準(zhǔn)確地恢復(fù)成 Xa(t)。 綜合直流采樣和交流采樣的優(yōu)缺點(diǎn)，由于交流采樣實(shí)時性好，直接對原始信號進(jìn)行采樣，最大限度地保留了原信號的一些特征，而且現(xiàn)在大規(guī)模集成電路的技術(shù)大大提高了 A/D轉(zhuǎn)換的速率以及各種成熟算法的推出，使交流采樣得到了廣泛的應(yīng)用。顯然，采樣周期越短， 離散信號越接近連續(xù)信號 x(t)。正弦模型算法是基于提供給算法的原始數(shù)據(jù)為純正弦量的理想采樣值。 （ 2） 傅立葉算法 [9] 傅里葉算法主要包括連續(xù)型傅里葉變換和離散型傅里葉變換，這里主要介紹由 DFT（離散傅里葉變換）及由它引出的 FFT（快速傅里葉變換）。 N 點(diǎn)的 DFT 先分解為 兩個 N/2 點(diǎn)的 DFT，每個 N/2 點(diǎn)的 DFT 又分解為兩個 N/4 點(diǎn)的 DFT,等等。將采樣取得的 N 個離散信號通過離散傅里葉變換，可分解成基波和各次諧波相量，并將各個相量的實(shí)部 Re[X(k)]和虛部 Im[x(k)]分別存放在指定的數(shù)組中。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善系統(tǒng)的軟件設(shè)計，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的性能。 低功耗設(shè)計 。 4MB 的程序 /數(shù)據(jù)尋址空間 。 (4)引導(dǎo) (BOOT)ROM: 帶有軟件啟動模式 。 看門狗定時模塊。 不對稱、對稱或四個空間矢量 PWM 波形發(fā)生器 。 兩個 UART 接口模塊 (SCI)。 (10)先進(jìn)的仿真調(diào)試功能 : 分析和斷點(diǎn)功能 。 CPU單元完成數(shù)據(jù) /程序存儲器的訪問地址的產(chǎn)生、譯碼和執(zhí)行指令、算術(shù)、邏輯和移位 操作、控制， CPU寄存器以及數(shù)據(jù) /程序存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳌? 移位器 :完成數(shù)據(jù)的左移或右移操作，最大可以移 16 位。為此 ,處理器將所有的外設(shè)都映射到了數(shù)據(jù)存儲器空間。 （ 3） SPI 和 SCI 通信接口 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 SPI 是一個高速同步串行通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn) DSP 與外部設(shè)備或另一個 DSP 之間的高速串行通信。為了避免產(chǎn)生不必要的復(fù)位，要求用戶定期對看門狗定時器進(jìn)行復(fù)位。 2812 數(shù)字信號處理器能夠?qū)崿F(xiàn) 一 10 倍的倍頻。 支持 Abis 模式 。芯片內(nèi)部提供 18KB的 SARAM和 128KB 的 Flash 存儲器。而對于現(xiàn)在微處理器或數(shù)字信號處理器集成的片上鎖相環(huán)，主要功能是通過軟件實(shí)時地配置片上外設(shè)時鐘，提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性。其中， INT14 來自于 F2812 中的 32 位 CPU定時器 2。 PIE 將 12 個 CPU中斷擴(kuò)展為 96 個PIE 中斷。例如， PIE 第 1 組復(fù)用 CPU的中斷 l(INTl)， PIE 第 12 組復(fù)用 CPU 的中斷 12(INT12)，對于不復(fù)用的中斷， PIE直接將這些中斷連接到 CPU。中斷標(biāo)志位鎖存到標(biāo)志寄存器后，只有 CPU中斷使能寄存器 (IER)或中斷調(diào)試使能寄存器 (DBGIER)相應(yīng)的使能位和全局中斷屏蔽位 (INTM)被使能時才會響應(yīng)中斷申請。 (1) 電源部分 TMS320F2812 芯片要給 CPU、 Flash、 ADC 及 I/O 等提供雙電源（ 和 ），在上電期間，