基于dsp数字信号处理器的温度测试系统

基于dsp数字信号处理器的温度测试系统内容摘要：

示。 烟台大学毕业论文（设计） 14 图 5 USB 接口模块电路图 SD卡接口模块 目前市场上已出现了容量高达 GB容量的 SD卡，可以通过 SPI 口或并行 (SD)接口与主机通信，另外还提供额外的引脚用来检测卡的存在以及是否写保护。 在 SPI 总线模式下，CS 为主控制器向卡发送的片选信号， SCLK 为主控制器向卡发送的时钟信号 ， DI(Data In)为主控制器向卡发送的单向数据信号， DO(Data Out)为卡向主控制器发送的单向数据信号。 若想更高速的通信则选择 SD 模式通信，可以采用 GPIO 接口满足特定的 SD 规范。 第 4章 系统软件设计 软件是整个系统设计的灵魂，优秀的软件 设计不但能最大限度的发挥 CPU 在数据处理上的速度优势，能好地完成测试及数据处理功能，同时还能大大提高系统的稳定性、可靠性。 任务的总体设计方案和硬件电路确定之后，接下来就要设计系统各部分功能模块的程序。 烟台大学毕业论文（设计） 15 系统软件设计是本文的重点，主要包括三部分内容： DSP 与 DS28EA00 的通信 ， DSP 与USB 设备的通信 ， DSP 与 SD 卡的通信。 DSP与 DS28EA00的通信 DS28EA00 需要严格的通信协议确保数据的完整性，该协议在一根线上定义了四种类型的信号：由复位脉冲和在线应答脉冲组成的复位序列、写 0、写 读数据。 DS28EA00 能以标准速率或高速两种不同的速率进行通信，且所有波形均采用快速定时。 DSP 通过 1Wire 端口访问 DS28EA00 的操作流程如下。 1） DS28EA00 初始化 1Wire 总线上的所有操作均从初始化开始，初始化过程由 DSP 发送的复位脉冲和从器件发送的在线应答脉冲组成，在线应答脉冲用于通知 DSP DS28EA00 已挂接在总线上并已准备就绪。 2） ROM 功能命令 一旦 DSP 检测到在线应答脉冲，就可以发出 DS28EA00 支持的 8 条 ROM 功能命令中的一条，所有 ROM功能命令的长度均为 8位。 3） 控制功能命令 控制功能命令用于实现温度测量、访问寄存器和 PIO、改变链路状态所需的协议。 DSP与 DS28EA00 之间的通信可采用标准速率 (默认状态， OD=0)，也可用高速模式 (OD=1)。 上电后，如果没有明确设置为高速模式， DS28EA00 则以标准速率进行通信。 4） 数据的收发 DS28EA00 的数据通信是在一个个时隙中进行的，每个时隙只能传送 1bit 数据。 通过写时隙将数据从 DSP传输至 DS28EA00，而通过读时隙则将数据由 DS28EA00 传输至 DSP。 除在线应答脉冲之外，所有的通信都是从主机 (DSP)主导发出下降沿信号开始。 当 1Wire烟台大学毕业论文（设计） 16 总线上的电压跌落至低于门限电压时， DS28EA00 利用其内部时隙发生器，确定在写时隙期间何时对数据线进行采样以及在读时隙时数据有效时间的长短。 数据存储 U盘数 据存储 通过 DSP 实现对 USB移动存储设备操作的工作主要是在软件方面，因此本文主要从软件方面来说明设计过程。 USB 软件设计主要由通用的 USB 总线枚举部分和 USB Mass Storage 类协议软件设计和文件系统组成， U盘数据存储流程图如图 6 所示。 烟台大学毕业论文（设计） 17 图 6 U 盘数据存储流程图 U盘数据存储的部分代码如下： 初始化 SL811HST 开始 查询中 断状态存储器 有 U 盘插入吗 USB 总线枚举 USB 设备配置 存储数据 枚举成功。 配置成功。 出错处理 烟台大学毕业论文（设计） 18 1） unsigned char EnumUsbDev(BYTE usbaddr) //枚举 USB 设备 {USB_Reset()。 //USB 设备复位 if (!GetDescription()) // 获取设备描述符并获得传输包的最大字节数 return FALSE。 if (!SetAddress(usbaddr)) // 设置 USB 设备的地址 return FALSE。 if (!GetDescription ()) // 重新获取设备描述符 return FALSE。 if(==8) //是否是大容量存储设备 =TRUE。 } 2） unsigned char EnumerateMassDevice(void) //枚举大容量存储设备 {=512。 //暂假设每个扇区为 512 字节 if(!RBC_Read(， 0， DBUF)) //读取 U 盘 DBR 区了解 U盘的基本信息 return FALSE。 =LSwapINT16(DBUF[10]， DBUF[11])。 //读取 U 盘每扇区字节数 =DBUF[12]。 //读取 U 盘每簇扇区数 ReservedSectorsNumbers=LSwapINT16(DBUF[13]， DBUF[14])。 //读取 U 盘保留扇区数 =DBUF[15]。 } //读取 U 盘 FAT 表的份数 SD卡数据存储 SD 卡数据存储软件设计主要包括两部分： SD 卡的上电初始化过程和对 SD 卡的读写操作，其工作步骤如下。 烟台大学毕业论文（设计） 19 1） 配置 TMS320F2812 的 SPI 接口，然后检测是否有 SD 卡插入。 为调试方便将 SD 卡接口的 Vss2 引脚接地。 2） 当检测到 SD卡的存在后系统连续发送 10 次 0xFF00 使 SD 卡的 DATA IN 引脚保持至少 74 个时钟周期以实现系统上电初始化。 3） SD卡初始化，注意此时 SPI 接口的通信速度应在 100kHz 到 400kHz 左右，以满足SD 卡 通信协议的要求。 4） 系统与 SD 卡通信。 此时可以提高 SPI 接口的通信速率。 SD 卡数据存储流程图如图 7所示。 烟台大学毕业论文（设计） 20 图 7 软件系统流程图 为了便于对采集的数据进行处理，需要设计一个兼容 FAT1 FAT32 文件格式的文件管理系统，并将数据存储到 U盘或者 SD 卡。 文件系统的数据分为五 部分： MBR区、 DBR 区、 FAT 区、 DIR 区和 DATA 区， 由于 U 盘或者 SD 卡不要求启动，因此可以没有 MBR 区，只包含 DBR、 FAT、 DIR 和 DATA 四个区。 这里以 128MB 的 U盘为例进行简单介绍，其文件系统结构如表 1 所示。 开始 初始化 SPI 接口 有 卡 存在 上电初始化 卡初始化、建立通信电源控制、提高时钟 读 SD 卡寄存器 发送单块多块读写擦除命令 结束 是 否 烟台大学毕业论文（设计） 21 表 1 文件系统结构 第 5章 系统 性能 分析 性能指标 经过反复测试后得出 :系统能稳定的采集温度数据并快速的存储至 U盘和 SD卡，具体性能指标如下。 1） DSP 与 DS28EA00 的通信速率：标准通信速率为 ，高速通信速率为 125kb/s； 2） DSP 与 U 盘的通信速率约为 600KB，与 SD 卡的通信速 率约 400KB。 系统抗干扰性能分析 在 1Wire 系统中，仅 DSP 在信号瞬变期间进行控制才可能实现线路终端匹配。 因此，1Wire 网络很容易受到其他噪声的影响。 根据网络的物理形状大小和拓扑结构的不同，从端点到分支点的反射可能会在一定程度上相互叠加或抵消，如同 1Wire 通信线路上的毛刺或振荡一样，这样的反射也是不容忽视的。 从外部源耦合到 1Wire 线路上的噪声也产生信号毛刺。 时隙上升沿时出现的毛刺可能会引起从器件与不同步，结果会造成 Search ROM 命令无效，或导致器件级命令被忽略。 为提高 网络性能， DS28EA00 采用了一种新型的1Wire 前端，它对噪声的免疫力更强，可以降低从器件引入的噪声的幅度。 DS28EA00 的 1Wire 前端较之传统温度传感器的前端有以下不同。 烟台大学毕业论文（设计） 22 1） 在线应答脉冲的下降沿斜率是受控制的，这样提供了比数字开关晶体管更好的传输线阻抗匹配，将来自传统器件的高频振荡转换为更平滑的低频瞬变。 斜率控制由参数 tFPD（器件存在下降时间）指定，针对标准速度和高速模式，具有不同的取值。 2） 该电路中增加了一个低通滤波器，用于检测时隙开始时的下降沿，这样可降低器件对高频噪声的 敏感度。 3） 高低开关门限 VTH 具有一个滞回。 如果一个负毛刺的电压低于 VTH，但不低于 VTHVHY 时，就不会判定为负脉冲（如图 7 Case A），滞回在任何 1Wire 速率下均起作用。 4） 该系统具有一个 tREH(上升沿拖尾时间 )定义的时间窗口，在这个窗口内，即使毛刺电压低于门限 VTHVHY(如图 8 Case B， tGLtREH)，毛刺电压仍会被忽略。 图 8 噪声抑制示意图 结论 本文研究设计了以 TMS320F2812 为主控芯片，使用 DS28EA00 型数字温度计 的温度测试系统。 作者对系统的硬件进行了设计，给出了 DS28EA00 温度测量模块、 USB 接口模块、 SD卡接口模块、外扩 RAM 模块 和 TMS320F2812 数字信号处理模块 的设计。 还给出了系统软件设计的流程图和部分程序。 由于 USB 接口存储设备和 SD 卡在数据采集系统中应用广泛，嵌入式数据采集环境中采用 USB 存储设备或 SD 卡可实现大容量数据存储 ，满足嵌入式技术发展要求。 该温度 测试系统 不但可以稳定的采集温度数据而且可以快速的将数据存储到U盘或者 SD 卡，便于以后分析处理，特别适合环境比较恶劣地区的温度 测试 ，为温度 测试烟台大学毕业论文（设计） 23 与数据存储提供了一个理想的解决方案。 该系统设计经过反复测试表明：工作稳定，能快速的读写 U盘和 SD卡中的存储数据。 参考文献 [M] 姚晓通，王紫婷． DSP技术实践教程．中国铁道出版社， 2020。 [M] 谢青红，张莜荔． TMS320F2812 DSP原理及其在运动控制系统中的应用．电子工业出版社， 2020。 [M] 三恒星科技． TMS320F2812原理与应用实例 ． 电子工业出版社 ， 2020。 [M] 陈是知，姜蕊辉 ． TMS320F2812原理与开发实践 ． 中国电力出版社 ， 2020。 [M] 刘向宇 ． DSP嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲 ． 电子工业出版社 ， 2020。 [M] 周霖 ． DSP信号处理技术应用 ． 国防工业出版社 ， 2020。 [M] 冬雷 ． DSP原理及开发技术 ． 清华大学出版社 ， 2020。 [M] 粟思科，李拥军，杨龙，安吉宇 ． DSP原理及控制系统设计 ． 清华大学出版社 ， 2020。 [M] 姜阳 ， 周锡青 ． DSP原理与应用试验 ． 西安电子科技 大学出版社 ， 2020。 [J] 陈兴梧，刘鸣．赵煌数字式温度计的特性及应用．国外电子元器件， 2020。 [J] 马田华，陈东，蒋国平．可编程单总线数字式温度传感器的原理与应用．电子质量，2020。 [J] 张建波，韩崧．浅谈温度测量的发展现状． 计量与测试技术 ， 2020。 [J] 严芸．浅谈温度传感器的现状与发展．大众科技， 2020。 烟台大学毕业论文（设计） 24 本科毕业设计（论文） 简明指导手册 • 1 毕业设计 (论文 )总论 概 述 高等院校的毕业设计 (论文 )教学过程是实现本科培养目标及规格的重要培养阶段。 毕业设计 (论文 )是学生毕业前的最后学习阶段，是学习深化与升华的重要过程；是能力与素质培养的重要途径；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验；是学生毕业及学位资格认定的重要依据；是评价高等学校教育教学质量的重要依据。 毕业设计 (论文 )的基本概念 （ 1） 毕业设计的内涵 毕业设计是高等学校应届毕业生，毕业前接受课题任务，所进行的设计过程，并取得其设计成果。 （ 2）毕业论文的内涵 毕业论文是高等学校学生毕业前所撰写的学术论文。 毕业论文表明作者在科学研究工作中 取得的新成果或提出的新见解，并表明作者具有的科研能力与学识水平。 毕业论文具有学术论文所共有的一般属性，它的构成与展开严格按照绪论、本论、结论的思维方式，以事实为基础，以严谨的推理过程为依据，得出可信的科学结论。