基于DSP的温度采集与显示

I摘要随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，给出了一个基于DSP技术实现高速度、宽范围、高精度的温度采集系统方案。系统以DSP为控制核心,通过测温电路采集温度数据,经AD转换后给DSP控制器。重点给出叠代法计算方法,DSP与AD转换接口电路以及系统控制软件的设计。关键词：温度采集;DSP;叠代法；AD基于DSP的温度采集与显示目录摘要...............................................................I第1章引言......................................................1第2章系统分析..................................................22.1设计要求..................................................22.2设计思路..................................................2第3章总体设计..................................................33.1系统框图设计..............................................33.2硬件设计..................................................3第4章程序流程图与源程序......................................84.1软件系统流程图...........................................84.2软件程序设计.............................................8第5章运行结果..................................................95.1运行描述..................................................95.2系统调试..................................................95.3调试结果..................................................9第6章总结.............................................10参考文献.........................................................12致谢....................................................12附录..............................................................12基于DSP的温度采集与显示1第1章引言在国民经济各部门，如电力、石油、化工、机械、冶金、农业、医学以及人们的日常生活中，通常需要对温度进行采集和显示。传统的以单片机为核心的温度采集和显示系统，由于收到处理器自身硬件资源和速度的限制，硬件电路设计复杂，数据实时处理能力差。随着计算机技术尤其是超大规模集成电路技术的发展，具有更强处理能力的DSP芯片，以其运算速度块、实时性强、功耗低、抗干扰能力强等特点愈来愈多地被应用。本文设计了一种以TMS320VC33DSP作为温度采集和显示的核心，应用TMS320240EFGW型液晶显示模块实时显示信息，并配以RS232通用串行接口与PC机进行通信的系统。该系统具有电路结构简单、功耗低、实时性强、数据传输方便等优点。基于DSP的温度采集与显示2第2章系统分析2.1设计要求此系统利用热敏电阻测得电阻—温度之间的关系，找到电阻和温度之间的代数关系，从而检测温度，设计硬件外扩电路，同时设计软件程序，包括A/D程序设计，进行软硬件联系调试，能在液晶显示屏上显示温度。2.2设计思路系统首先设计温度采集硬件电路，在多次实验运算拟合出热敏电阻输出电压值与温度之间的函数关系，热敏电阻的输出的电压值随温度的上升而下降，呈现出负系数，从而运用于实验中检测温度；然后将采集的温度送入DSPTMS320F2812模数转换模块将电压信号变为数字信号，再编写函数来控制LCD来显示相应的温度及相关文字。基于DSP的温度采集与显示3第3章总体设计3.1系统框图设计该系统包括温度采集电路模块、DSPF2812芯片、A/D转换部分和LCD液晶显示，首先要初始化A/D转换模块，然后等待中断，当产生中断后对采集到的模拟信号进行处理，为确保转换精度要进行多次取值求平均，转换结果放在结果寄存器的高12位上，通过编程将处理后的温度值送到LCD上进行显示。图1系统设计流程图3.2硬件设计3.2.1控制芯片控制芯片32位TMS320F2812芯片,该DSP芯片专门用于控制领域,最高可在150MHz主频下工作,可进行双16×16乘加和32×32乘加操作,运算与控制速度快,并带有18K×16位片上SRAM和128K×16位片上FLASH;并带有两个事件管理模块,可以同时产生多路PWM信号;16路12位片上ADC,可以同时进行16路转换。另外,该器件还有3个独立的32位CPU定时器以及多达56个独立编程的GPIO引脚和19根外部扩展地址总线。TMS320F2812采用哈佛总线结构,具有密码保护机制,保护程序和数据不被盗取。因此,该芯片片上资源丰富,功能多、性价比高,利于简化软硬件设计,非常适用于温度采集与显示系统化的设计。在设计的初期，把它分成了五个模块。其中复位采用电源复位的方式，由引脚PCRESET引起。为了可靠复位，其中低电平的有效时间至少6个CPU时钟周期。DSP最小系统组成框图如图1所示。温度采集电路DSPF2812A/D转换电路液晶显示模块基于DSP的温度采集与显示4图2DSP最小系统其中：开关SW-PB、电容C1、两个反相器及其电阻电源构成了复位电路，晶振与两个并联电容接XTAL1与XTAL2构成振荡电路，PWM1与PWM7构成了调制信号的输入与输出，旁路引脚接地，请求控制信号MP/MC与GND接地。3.2.2A/D转换模块当模/数转换完成后，读取结果寄存器前，最好先读取模/数转换控制寄存器ADCRL2的ADCFIF01或ADCFIF02，以确定当前结果寄存器的状态，保证读取的结果是正确。另外，要注意12位的转换结果放在结果寄存器中的高12位上，该12位数据与外部模拟输入电压的关系为：12位数字结果=4095*（输入电压/基准电压）数模转换部分采用TMS320F2812内部的PWM功能结合外部滤波电路完成转换,电路如图5所示。TMS320F2812将内部计算的控制信号转换成占空比可变PWM信号输出,为保证TMS320F2812不受后级返回来的信号干扰,故经光电隔离,送入RC组成的滤波网络变换成平滑电压信号再送往后级信号转换电路,将信号转换成4～20mA标准信号输出。基于DSP的温度采集与显示5图3D/A转换及标准信号输出电路3.2.3LCD液晶显示模块DSP经常会对读写周期较慢的输入/输出设备（如液晶显示模块、打印机、键盘等）进行访问，通常以下两种方法来解决DSP与这些慢速设备之间的输入/输出时序匹配问题。直接访问方式是将DSP的读写信号限于慢速设备接口控制板引出的读写信号线直接相连，时序由DSP内部读写逻辑控制。由于慢速外设的读写周期相对DSP较慢，是两者的时序匹配，还必须进行一些时序方面的控制处理。一中处理方法是软件编程等待状态发生器，将外部总线周期扩展到数个机器周期。由于受硬件条件的限制，这种扩展通常也是有限的。此系统中显示器采用液晶显示方式,一款基于SED1335控制器的图形液晶显示模块。LCM320240,320×240点阵,点大小为0134×0134mm2,点间距为0102mm,内含7602个简体中文字型。SED1335有较强功能的I/0缓冲器,可以随时准备接收TMS320F2812的访问,并可在内部时序下及时地把TMS320F2812发来的指令和数据传输到位。TMS320F2812与LCM3202401的连接方式如图4示,LCM3202401芯片的XA13:18及XZCS0/1经过译码确定LCM3202401的片选信号,其地址范围为0x003A00～0x003AFF,数据端口地址为:0x002A00,命令端口地址为:0x002A01,这些地址映射被到TMS320F2812的外部区域0中,1DIR与读信号线连接用于控制数据的传输方向,通过调节电位器可以调整液晶的显示对比度。基于DSP的温度采集与显示6图4显示电路3.2.4电源电压模块（1）设计方案MC1403芯片为模数转换提供基准电压，且输入端接+5V电源后再并联一个去噪声的电容，利用热敏电阻进行温度采集，采集后的输出电压（不得大于3.3v）与DSP的P2端口23引脚相连。（2）模块分析MC1403芯片的引脚结构如下图所示。图5MC1403芯片Vin端口输入一个4.5~5.0V的模拟电压值（接P2口的1引脚），在输入端接一个电容滤除其他频率分量，在Vout端输出了一个稳定的电压值（接P2口的23引脚），该电基于DSP的温度采集与显示7压值不得大于3.3V，GND端接模拟地（接P2口的33引脚）。·3.2.5外扩电路设计图图6温度采集电路原理图基于DSP的温度采集与显示8第4章程序流程图与源程序4.1软件系统流程图软件系统流程图如图5所示。图5程序流程图4.2软件程序设计该程序主要包括主程序、延时、A/D转换，液晶屏相应汉字显示、温度计算与显示等子程序实现温度采集与显示的功能，程序详见附录。开始初始化DSP时钟初始化CTR初始化AD采样时钟中断采集数据存入Voltagel中数据处理后的温度值送到LCD显示清楚并显示相关文字启动AD0通道采集基于DSP的温度采集与显示9第5章运行结果·5.1运行描述M1403芯片作为模数转换提供基准电压，利用热敏电阻进行采集，采集后的输出电压与DSP的P2口23引脚相连。将采集到的电压送入A/D转换模块，编写程序实现A/D转换，转换结果放在结果寄存器的高12位上，编写函数获取A/D转换结果，将处理的温度值的各个对应显示到LCD上。·5.2系统调试MC1403芯片Vin端输入一个+5V的模拟电压值；在输入端接一个电容滤除其它频率分量；在Vout端输出了一个稳定的电压值；GND端直接接模拟地；给试验箱供电，打开SetupCCS2(‘C2000),在弹出的对话框中选择ICETEK-5100USBEmulatorforTMS320F2812导入，进行配置设置然后进入CCS2(‘C2000),打开工程文件进行编译生成.out文件下载到硬盘中然后调试，观察液晶显示屏，第一行显示“温度显示”，第二行显示“温度值℃”，当用手触摸时，温度显示不断变化，实现了温度的采集与现实。·5.3调试结果将程序烧到实验箱中，得到运行结果如下图6所示。图6调试结果基于DSP的温度采集与显示10第6章总结回顾起此次单片机课程设计，我感慨颇多，从理论到实践，在两周的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多的的东西，不仅是学习上的，而且是关于做人做事方面的感悟，也让我知道了温度采集与显示这一技术在社会上的作用。通过学习DSP课程我们都知道，DSP实际上也是一种单片机，它同样是将中央处理单元、控制单元和外围设备集成到一块芯片上。但DSP有别于普通的单片机，它采用了多组总线技术实现并行运行机制，从而极大地提高了运算速度，也提供了非常灵活的指令系统。此次的课程设计我们组做的设计是—温度采集与显示，在此次过程中我遇到的第一个比较难的问题就是编程序，因为之前没学的好，很多指令都不熟悉，通过几天的努力，从网上下载的资料和同学的