1、1 系統的總體設計1.1 DSP系統簡述通常，一個典型的DSP系統應包括抗混疊濾波、數據采集A/D轉換器、數字信號處理器DSP、D/A轉換器和低通濾波器等，其組成框圖如圖1所示 平滑濾波 D/A A/D 數字信號處理 抗混疊濾波輸入 輸出 圖1 DSP系統框圖在許多應用系統中，為了應用DSP卓越的數字信號處理能力，我們必須先將模擬信號進行數字化（A/D轉換），再對采樣數據進行相應的算法處理，最后經過數字信號模擬化（D/A轉換）后輸出。 2.1 TMS320VC5402TMS320VC5402是一個工作靈活、高速、具有較高性價比、低功耗的16位定點通用DSP芯片。其主要特點包括：采用改進的哈佛結

2、構，1條程序總線（PB）條數 ，3 據總線（CB、DB、EB）和4條地址總線（PAB，CAB，DAB，EAB），帶有專用硬件邏輯 CPU，片內存儲器，片內外圍專用的指令集，專用的匯編語言工具等。 TMS320VC5402含4K字節的片內ROM和16K字節的雙存取RAM，1個HPI（Host Port Interface）接口，2個多通道緩沖單口MCBSP（Multi-Channel Buffered Serial Port）,單周期指令執行時間10ns，雙電源（1.8V 和 3.3V）供電，帶有符合IEEE1149.1標準的JTAG 邊界掃描仿真邏輯。VC5402芯片提供了兩個增強型的高速、全

3、雙工多通道緩存串行口，這使得它可以與音頻CODEC、串行ADC/DAC直接相連。MCBPS具有全雙工的通信機制以及雙緩存的發送寄存器和三緩存的接收寄存器，允許連續的數據流傳輸，數據長度可以為8bit、12bit、16bit、20bit、24bit、32bit。VC5402的MCBPS接口信號包括：接收數據DR、發送數據DX、發送時鐘CLKX、接收時鐘CLKX、接收幀同步FSR和發送幀同步FSX。MCBSP通過這6個管腳為外部設備提供了數據通道和控制通道。其中引腳CLKR、FSR、DR構成接收信號組，引腳CLKX、FSX、DX構成發送信號組。接收和發送用的移位時鐘信號、幀同步信號可以由DSP內部

4、提供，也可以由AD/DA提供。串行口在發送和接收數據之前必須進行初始化，通過對SPCR、SPGR、RCR、XCR、MCR等串口控制寄存器寫入適當的控制字完成MCBPS的初始化工作。3.1 溫控系統溫控系統主要由溫度集、顯示, 溫度開關控制兩部分構成。本設計利用TMS320VC5402數字信號處理器的I/O口與溫度傳感器DS18B20相連, 進行環境溫度的實時監測, 將采集的溫度數據進行十進制轉換后, 通過LCD顯示;同時將此數據與鍵盤設定的溫度閾值進行比對, 其結果用于產生模擬開關的控制信號, 即實現了溫度監控的目標。溫控系統總體框架如圖2所示TMS320VC5402LCD溫度顯示DS18B2

5、0溫度采集I/O口 HD7279A鍵盤驅動 簡單的模擬開關圖1 溫控系統的設計框架MCBSP1圖2 溫控系統的設計框架3.1.1 溫度采集、顯示模塊系統采集溫度的傳感器為DS18B20,其測溫范圍為55+125,固有測溫分辨率0. 5,它具有單總線接口方式, 因此與處理器的雙向通訊僅需要一條線即可實現; DS18B20還支持多點組網功能, 多個DS18B20可以并聯在唯一的總線上, 實現多點測溫; 其測量結果以9位數字量方式串行傳送, 電源選用外部供電模式, 與TMS320VC5402的硬件連接方式如圖3所示 +5VDS18B20TMS320VC5402 4.7K I/O口GND +5V DQ

6、圖3 TMS320VC5402與DS18B20的連接方式圖3中, DQ為數據輸入/輸出腳, 漏極開路, 常態下高電平。DS18B20采用16位符號擴展的二進制補碼形式輸出溫度值, 以0. 0625 /LSB形式表達, 設計中處理器采集到實時溫度后, 數據進行十進制轉化, 通過LCD顯示即可。由于實驗臺上集成了LCD,設計中DSP只需對LCD映射的I/O口地址輸出數據, 即實現對LCD的顯示控制。3.1.2 溫度開關控制模塊本模塊由HD7279A鍵盤、顯示電路、處理器TMS320VC5402及模擬開關三部分組成。HD7279A是一片具有獨立串行接口, 可同時驅動8位共陰極數碼管的顯示驅動芯片,該

7、芯片可連接64鍵的鍵盤矩陣, 單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。HD7279A的鍵盤顯示電路包括串行鍵盤/顯示接口控制電路、8位數碼管顯示器和88鍵盤電路,該電路不需要地址、數據總線和總線提供的片選信號。TMS320VC5402則通過MCBSP同步串口實現與HD7279A的連接, 連接方式如圖4所示圖4 HD7279A通過MCBSP1與DSP處理器的連接TMS320VC5402的CPU與MCBSP之間的數據傳送一般分為三種方式: 查詢方式、中斷方式和DMA方式, 系統采用的是中斷方式, 完成數據的顯示、存儲、按鍵次數控制, 最終通過閾值設定、比對, 產生模擬開關信號。2 硬件設計硬件

8、的工作原理： 系統基于TI公司的TMS320VC5402實驗臺, 在此平臺下完成如下設計。下面以TMS320VC5402芯片為系統核心，設計DSP硬件系統的電路，包括時鐘電路、電源電路、復位電路、功能配置引腳連接以及程序存儲空間擴展和數據空間擴展電路。2.1 時鐘電路時鐘電路用來為TMS320VC5402芯片提供時鐘電路，由一個內部振蕩器和一個鎖相環PLL組成，可通過晶振驅動。另外外部中斷均上拉高電平，并在個電源接口加去耦電容。電路原理圖如圖5所示圖5 TMS320VC5402芯片及時鐘電路2.2 電源電路和復位電路圖6 功能配置引腳連接電路圖7 電源電路和復位電路2.3 存儲空間擴展電路TM

9、S320VC5402的程序存儲空間擴展RAM選用IS61LV6416，程序存儲空間擴展FLASH選用AT29LV1024，數據存儲空間擴展RAM選用IS61LV6416。考慮到上電及復位時，引導的執行以及用戶程序要存放到讀取速度較快的外部程存RAM中，所以要設計程存空間和數存空間在轉換的邏輯電路，即用DSP的XF外部標志輸出引腳和非門74HC32來實現引導期間數據總線、地址總線在程存空間和數存空間的切換，具體電路如圖8所示圖8 存儲空間擴展電路2.4 JTAG標準仿真接口設計與所有的微處理器一樣，DSP的開發同樣也需要一套完整的軟硬件開發工具。 選用 TDS510型uSB接口仿真器其仿真信號線

10、采用 JAG標準。IEEEl1491，采用14線標準仿真接頭。DSP目標系統與仿真器的距離小于152-4 mm(6英寸)，故用無緩沖的簡單連接。其中，EMU0和EMU1必須接1只上拉電阻器(一般為47k)，使信號上升時間小于10s。 仿真器只參與數據的傳輸，即將目標代碼通過JIAG接口從計算機下載到目標系統的存儲器中，而仿真是在DSP內完成的，因此，JTAG標準仿真接口是仿真器與DSP目標系統之間必須的通信接口，為DSP目標系統的仿真和調試帶來了方便。在系統調試階段，可以通過此仿真接口將編譯后的程序代碼下載到外部擴展的程序存儲器，在線調試用戶程序，查看內存、CPU寄存器、各種圖表等內容。系統調

11、試成功后可以利用燒寫程序通過此仿真接口將調試好的程序燒到DSP 的Flash中，使DSP目標系統成為可以獨立運行的系統，使DSP的開發更為方便。 3 軟件的設計3. 1設計流程圖系統軟件的設計主要完成測溫顯示、開關溫度值的鍵值輸入、開關控制任務等。以下給出設計的總流程圖, 如圖9所示系統初始化Int3初始化溫度<TH啟動升溫信號溫度<TLLED初始化，系統復位啟動降溫信號LED初始化，顯示溫度DS18B20溫度轉換，取得相應十進制的位值開始LED初始化進入DS18B20檢測循環2次，按位接受鍵值，形成TH,TLLED初始化，顯示“請輸入溫度值1”，“請輸入溫度值1”MCBSPI初始

12、化 圖9 系統軟件設計流程由于DS18B20與處理器間采用串行數據傳送,因此在對DS18B20進行讀寫編程時, 必須嚴格保證讀寫時序。其中采溫、測溫的子函數DS18b20Temp( )流程圖如圖10所示DS18B20初始化DS18B20的寫函數DS18B20的讀函數讀出的溫度值轉換取得相應的位值圖10 DS18b20Temp( )子函數流程圖3.2 部分程序代碼TMS320VC5402中斷及串口初始化部分程序如下所示 stm #0002h, 48h stm #0040h, 49h；設置串口1工作在每幀一個字每個字16位模式 stm #0006h

13、, 48h stm #0100h, 49h；設置CLKGDV=0，使串口1工作在最大頻率 stm #0007h, 48h stm #0a000h, 49h；設置CLKSM=1采樣率發生器時鐘由DSP內部產生 stm #000eh，48h stm #0008h，49h；設置FSXP=1，使幀同步脈沖低電平有效 stm #0080h，imr；DMA一通道中斷使能rsbx  intm；開放所有可屏蔽中斷總 結本周的課程設計，增強了我們思考和解決實際問題的能力。雖然只是短暫的一周，但在這期間，

14、卻讓我受益匪淺。這次課程設計讓我認識到了知識和實踐的重要性。只有牢固掌握了所學的理論知識，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走，才能順利的解決每一個問題。但在實際應用中還要更深入思考。通過查閱書籍和上網搜索資料，我發現所說的基本上都是一樣的，只有通過自己的實際操練，上機編程來驗證，才能發現問題的所在，從而真正掌握知識技能。其中，溫控系統設計過程中總結如下:( 1) DS18B20是一款非常優秀的單總線數字式傳感器, 硬件設計簡單, 有嚴格的運行時序, 運行可靠。通過C編譯器編譯出的C語言延時程序, 可以得到對應的匯編語言, 再通過定時器計時及單指令周期, 就能夠精確地計算出軟件延時程序所需的時間,滿足單線總線通訊的時序要求, 從而順利完成DSP與DS18B20的通訊。( 2)通常DS18B20是與單片機配合使用的, 本設計中詳細介紹了DS18B20與DSP的結合過程, 其區別主要是在端口的操作上和延時的控制上。本設計的端口操作選用了三種不同的方法: HPI、通用I/O口、8255拓展口, 最后綜合采用了通用I/O口與DS18B20的DQ相連。參 考 文 獻 1 劉建亭, 毛善坤. DS18B20工作原理及基于C語言的接口設計 J.儀器儀表用戶, 2005, 12( 6): 138140. 2 王社會. 基于DS18B20的數字式測溫計設計 J. 山西大同大學