【正文】 5X,C54X)；第三個(gè)是高性能平臺(tái) C6000(C3X,C4X,C8X,C67X)。F206 內(nèi)部有 32K 的片內(nèi) flash，能在線改寫。工業(yè)、電話等新的 DSP 應(yīng)用。C54X 集成了 VITERBI 操作對(duì)編碼算法非常有用，還可實(shí)現(xiàn)多處理機(jī)間的通信，其具有三種節(jié)電模式，可 和 5V 供電，C54X 可用于電信應(yīng)用，如數(shù)字移動(dòng)通訊。C3X 可用于數(shù)字音頻、三維圖形、激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀、視頻會(huì)議、工業(yè)自動(dòng)化、馬達(dá)控制和網(wǎng)絡(luò)等。DSP 憑借出色的運(yùn)行性能和獨(dú)特的硬件結(jié)構(gòu)，得到了很好的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。這些高性能在譜估計(jì)、數(shù)字濾波、數(shù)字壓縮等方面得到了充分的體現(xiàn)。要先選定 DSP芯片才能設(shè)計(jì)電路及系統(tǒng)的其他電路。所以應(yīng)考慮如下因素。這兩者比較，第一，浮點(diǎn) DSP 的運(yùn)算精度高，動(dòng)態(tài)范圍廣，而定點(diǎn) DSP 動(dòng)態(tài)范圍較小，需要經(jīng)常定值為運(yùn)算時(shí)防止溢出和給編程造成不便；第二，浮點(diǎn) DSP 的地址總線比定點(diǎn)寬，尋址空間大，有利于信號(hào)處理；第三，浮點(diǎn) DSP 的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，浮點(diǎn) DSP 的總體運(yùn)算能力較強(qiáng)，比較容易開發(fā)；除此之外，定點(diǎn) DSP 具有較多外圍電路接口，如主機(jī)接口、異步、同步接口等，更適合控制領(lǐng)域的應(yīng)用。它是 DSP 芯片的一個(gè)最重要性能指標(biāo)當(dāng) DSP 應(yīng)用于高速測(cè)溫時(shí)，運(yùn)算速度是選擇芯片的重要指標(biāo)。DSP 芯片的硬件資源。在同一系列中 DSP 芯片中不同的 DSP 芯片都具有不同內(nèi)部硬件資源，能夠適應(yīng)不同的需要。一般的定點(diǎn) DSP 芯片的字長(zhǎng)為 16 位，還有定點(diǎn) DSP芯片為 24 位的。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5DSP 芯片的開發(fā)工具。 、除了以上因素還要考慮 DSP 芯片封裝的形式、供貨情況、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生命周期等。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6第 2 章 方案論證本方案研制的是高速測(cè)溫，我們選擇兩個(gè)不同點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，由兩路傳感器將采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)放大鏡放大成 DSP 能接受的信號(hào)，DSP 內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字 AD 值，DS18B20 起到了熱電偶的冷端補(bǔ)償作用，在 系統(tǒng)上電時(shí)測(cè)出溫度值送到存儲(chǔ)器中，然后 DSP 將總的 AD 值擬合成溫度值，最后顯示出來(lái)，工作人員可以根據(jù)需要測(cè)出隨時(shí)溫度，也可根據(jù)需要打印初溫度—時(shí)間曲線。主要有溫度傳感器、放大器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示器、報(bào)警等組成。單片機(jī)電源 鍵盤放大器溫度傳感器存儲(chǔ)器D S 1 8 B 2 0打印機(jī)顯示器圖 21 系統(tǒng)硬件框圖 單片機(jī)選擇單片機(jī)：AT89C51 單片機(jī)是 ATMEL 公司生產(chǎn)的高性能 8 位單片機(jī)，主要功能如下： 1）兼容 MCS51 指令系統(tǒng)； 2）32 個(gè)雙向 I/O 口，兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；3）1 個(gè)串行中斷，兩個(gè)外部中斷源； 4）可直接驅(qū)動(dòng) LED； 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 75）低功耗空閑和掉電模式； 6）4 KB 可反復(fù)擦寫(1 000 次)FLASI ROM； 7）全靜態(tài)操作 O～24 MHz； 8）1288 b 內(nèi)部 RAM。TMS320F240 為 TI 公司所出品的定點(diǎn)式數(shù)字信號(hào)處理器芯片，具有強(qiáng)大的外圍，芯片內(nèi)部采用了加強(qiáng)型哈佛架構(gòu)(Enhanced Harvard Architecture)，由三個(gè)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(jìn)入多個(gè)內(nèi)存空間。TMS320F240 單芯片硬件架構(gòu)上的一些特性對(duì)于高速信號(hào)處理及數(shù)字控制上的應(yīng)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。2）特殊的硬件及指令設(shè)計(jì)，適用于高性能的控制。4）具有實(shí)時(shí)中斷的看門狗定時(shí)器模塊，可*程序之運(yùn)作。綜上因素選用 TMS20F240 芯片為核心研制高速測(cè)溫儀。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，當(dāng)物體溫度處于絕對(duì)零度以上時(shí)，其內(nèi)部帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)就會(huì)向外發(fā)射出紅外線。紅外溫度計(jì)是基于物體紅外輻射的能量大小及其波長(zhǎng)的分布，與物體表面溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)定物體的表面溫度。 另外，紅外溫度計(jì)還特別適合測(cè)量腐蝕性的介質(zhì)和運(yùn)動(dòng)物體的溫度，而且不會(huì)破壞到被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)。 。2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。4）DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。℃。7）在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器：（Memory）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。按用途存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）和輔助存儲(chǔ)器（外存）,也有分為外部存儲(chǔ)器和內(nèi)部存儲(chǔ)器的分類方法。內(nèi)存指主板上的存儲(chǔ)部件，用來(lái)存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序，但僅用于暫時(shí)存放程序和數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源或斷電，數(shù)據(jù)會(huì)丟失。 時(shí)鐘電路給 TMS20F240 提供時(shí)鐘有兩種方法。另一種是利用 DSP 芯片內(nèi)部提供的晶振電路，把一晶體連接在 TMS320F240 芯片的 XTAL 1 和 XTAL2 之間可啟動(dòng)內(nèi)部振蕩器，如圖 31 所示。 C?0PYRSTALX/KIN圖 31 內(nèi)部震蕩電路 復(fù)位電路圖 32 所示為手動(dòng)復(fù)位電路。為使芯片初始化正確，一般應(yīng)保證/RS 為低至少持續(xù) 3 個(gè)CLKOUT 周期。圖 3 電路的復(fù)位時(shí)間主要由 R 和 C 確定。在實(shí)際的 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)特別是產(chǎn)品化的DSP 系統(tǒng)，可靠性是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。 向前通道測(cè)量電路用 DSP 進(jìn)行測(cè)溫系統(tǒng)必須有被測(cè)電信號(hào)的輸入通道，它用來(lái)采集重要的輸入信息。要利用傳感器將非電信長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)才能完成測(cè)量和控制任務(wù)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能識(shí)別和處理電量數(shù)字信號(hào)。本方案中采用兩路熱電偶傳感器采集兩點(diǎn)的溫度信號(hào)，放大器采用高速的 LM358，可以兩路同步采樣，因?yàn)?TMS320F240 內(nèi)部自帶 2 個(gè) A/D,由于傳感器的噪聲大，工作環(huán)境比較惡劣，在傳感器的輸出端上會(huì)產(chǎn)生較大的干擾信號(hào)，當(dāng)應(yīng)用于低速測(cè)溫，前向通道中可以采取硬件濾波措施，提高信噪比。而在高速測(cè)溫時(shí)，由于硬件濾波器的響應(yīng)速度慢，因此不能在前向通道中采取硬件濾波，但可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后通過(guò)軟件濾波來(lái)處理。 傳感器的選擇為提高熱電偶的響應(yīng)速度，在此采用小直徑 的鎳鉻一鎳鋁(硅)熱電偶(K 型)。這種熱電偶的抗氧化能力強(qiáng)，材料也不易變脆，熱電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)定性好，適用于 1300℃以下的溫度測(cè)量，測(cè)溫不確定度小于 400℃時(shí)為177。滿足高速測(cè)溫要求，而且這種熱電偶成本低可以降低系統(tǒng)成本。放大器 LM358 采用單極性輸入時(shí)的飽和輸出電壓為 . 故放大倍數(shù)為 3830/=92。電路如圖 33.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13圖 33 放大電路圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換器TMS320F240 芯片的 ADC 模塊含兩個(gè)帶采樣保持電路的 ADC。每個(gè) ADC 完成轉(zhuǎn)換的總時(shí)間為 μs。因此該 ADC 完全能滿足實(shí)時(shí)高速測(cè)溫的要求。（1）ADC 模塊的管腳介紹ADC 模塊共提供 20 個(gè)管腳與外部電路接口。模擬電壓信號(hào)與數(shù)字電壓信號(hào)應(yīng)分開。模擬電源信號(hào)線應(yīng)盡可能的短和粗。ADCINO, ADCIN 1, ADCIN8 和 ADCIN9 還具有數(shù)字 1/O 的第二功能。但是這四個(gè)管腳的轉(zhuǎn)換精度沒(méi)有其它 12 個(gè)模擬輸入管腳高。b）單獨(dú)或連續(xù)的采樣、保持和轉(zhuǎn)換操作。d）開始轉(zhuǎn)換操作可由軟件指令、外部信號(hào)傳遞到器件的管腳或通過(guò)事件處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。新寫入的位值先進(jìn)入未激活寄存器而不是激活寄存器，一旦轉(zhuǎn)變完成后新位的設(shè)置立即從未激活寄存器轉(zhuǎn)移到激活寄存器。f）如果中斷沒(méi)有被屏蔽的話，轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)會(huì)設(shè)置一個(gè)中斷標(biāo)志并產(chǎn)生中斷。(3)模擬信號(hào)的采樣和轉(zhuǎn)變單個(gè) ADC 模塊執(zhí)行采樣一個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)變四個(gè)半周期，因而整個(gè)采樣轉(zhuǎn)變時(shí)間是五個(gè)半周期。ADC 時(shí)鐘周期數(shù)目與 μ s 的最小值關(guān)系應(yīng)滿足系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。ADC 模塊提供的預(yù)標(biāo)定允許應(yīng)用過(guò)程中 DSP時(shí)鐘變化時(shí) ADC 模塊保持最優(yōu)化操作。這個(gè)預(yù)標(biāo)定值應(yīng)滿足以下公式: 系統(tǒng)時(shí)鐘周期((SYSCLK)預(yù)標(biāo)定值 = 存儲(chǔ)器接口在TMS320LF2407芯片中有32K字的FLASH程序存儲(chǔ)器，544字雙口RAM(DARAM)和2K字的單口RAM(SARAM)。但對(duì)于高速測(cè)溫，僅有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是不夠的。如此大的數(shù)據(jù)量?jī)H靠片內(nèi)的RAM是不夠的。在本實(shí)驗(yàn)中采用兩片128KX8靜態(tài)隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器TC55V8128BJ12構(gòu)成16位128K的擴(kuò)展存儲(chǔ)器。圖34是TC55V8128BJ12的外部引腳排列圖，各引腳名稱及功能。圖34 TC55V8128BJ12的引腳功能圖存儲(chǔ)器與 TMS320LF240 的接口電路如圖 35 所示：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16圖 35 存儲(chǔ)器與 TMS320F240 的接口電路采用數(shù)據(jù)選通線/DS接外部RAM的A16地址線。對(duì)DSP而言，程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的地址均為0000HFFFFH。如果程序區(qū)采用外部的 RAM 時(shí)，應(yīng)將 DSP 芯片的 MP／Mc 置高，使芯片工作在微處理器方式。當(dāng)外部 RAM 的存取速度不能全速運(yùn)行時(shí)需要根據(jù)速度設(shè)置插入等待狀態(tài)。因此在電路中需要提供5V和3．3V的電源。220V的交流電經(jīng)變壓器后輸出8V的交流電，8V的交流電由四個(gè)二極管構(gòu)成的整流電路整流后得到8v的直流電，再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓器MC7805輸出5V的直流電壓。F12AD4QP~0VinGNoutU78569T?RSC.+圖 37 電源電路 顯示器接口電路長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18在同一時(shí)刻只有一個(gè)顯示器通電，但是由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，因此在人們看來(lái)，每個(gè)顯示器都在穩(wěn)定地顯示。動(dòng)態(tài)顯示的亮度要受電流平均值的影響，其電流平均值增大，顯示亮度增強(qiáng)。它使操作人員能夠及時(shí)地觀察到系統(tǒng)的運(yùn)行情況和對(duì)操作命令的響應(yīng)結(jié)果。在測(cè)控系統(tǒng)中，常用的顯示器主要有LED(發(fā)光二極管顯示器)和LCD(液晶顯示器)。發(fā)光二極管顯示器的成本較低，顯示的亮度較大。對(duì)多個(gè)八段LED數(shù)碼管的接口方法主要有兩種：動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法和靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法。使用動(dòng)態(tài)顯示法時(shí)，在每點(diǎn)亮一個(gè)顯示器之后，必須持續(xù)通電一段時(shí)間，使之發(fā)光穩(wěn)定，然后再點(diǎn)亮另一’個(gè)顯示器，如此巡回掃描所有的顯示器。雖然溫儀中，由于需要顯示的數(shù)據(jù)位數(shù)較多(10位)，如果用動(dòng)態(tài)顯示法則顯示的軟件開銷較大，而且動(dòng)態(tài)顯示是巡回掃描方式，當(dāng)顯示數(shù)據(jù)位較多時(shí)，首位數(shù)與末位數(shù)點(diǎn)亮的時(shí)間間隔較大，人眼能感覺到數(shù)據(jù)在閃爍。串行口靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式的LED顯示邏輯如圖38所示。我們使用74LSl64串行輸入—并行輸出8位移位寄存器作為段選碼驅(qū)動(dòng)器，每一位用一片74LSl64，其并行輸出腳作段選的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)。 打印機(jī)接口電路打印機(jī)采用 TPUPNH 形式熱敏打印機(jī)，它是新型行式直接熱敏打印機(jī)，整機(jī)體積小、重量輕、噪音低、打印質(zhì)量高、可靠性好，適用于打印記錄數(shù)據(jù)和曲線等應(yīng)用場(chǎng)合。為使打印速度快些本實(shí)驗(yàn)采用與 CENTRONICS 標(biāo)準(zhǔn)兼容的 DB25 并行接口。該打印機(jī)與 DSP 接口如圖 39 所示。用該器件來(lái)測(cè)量熱電偶周圍的環(huán)境溫度，因?yàn)榄h(huán)境溫度在幾秒中的范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，因此只需在系統(tǒng)上電時(shí)測(cè)一下環(huán)境溫度，送入存儲(chǔ)器中。采用該器件可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 2）測(cè)量范圍是55℃～+125℃ 。4）將溫度轉(zhuǎn)換成 12 位數(shù)字最長(zhǎng)時(shí)間為 750ms。6）溫度計(jì)可編程 912 位。第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成功能是將現(xiàn)場(chǎng)兩點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)采集處理，先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在擬合成溫度值后顯示出來(lái)。如果溫度超出了測(cè)量范圍，那么顯示“9999” 。系統(tǒng)初始化采樣超溫 ？存儲(chǔ)濾波處理擬合成溫度值同時(shí)顯示兩點(diǎn)溫度顯示某點(diǎn)溫度打印報(bào)警圖 41 測(cè)溫系統(tǒng)總流程圖 采樣部分程序設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)放大器兩級(jí)把熱電偶采集得到的電壓放大后經(jīng)過(guò)濾波送人 DSP。如圖 42。A D C 初始化A D C T R L 1 、 A D C T R L 2 的設(shè)置i = 0A D 采樣轉(zhuǎn)變讀 A D 值i = i + 1i 5 0 0 0 ?存儲(chǔ)濾波 、 擬合成溫度值YN圖 42 AD 轉(zhuǎn)換的流程圖 顯示程序設(shè)計(jì)顯示器選用的是 LCM101，能顯示 10 位數(shù)字。也可顯示某一點(diǎn)或任意顯示每一點(diǎn)的溫度值。程序見附錄二。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。DS18B20 讀溫度主要由初始化、ROM 功能命令、存儲(chǔ)器功能命令、傳送數(shù)據(jù)等過(guò)程組成。程序見附錄三。采用這種方法一方