第9章 信号自动检测与转换系统-2013 检测与转换

单片机
GND
5V 14 3 1489 7 1
GND
IBM-PC
RXD
TXD
1 2 3 4
GND TXD RXD RTS DCD
GND TXD
1 2
C1
VCC
C5 2 V+ TXD 11
T1in
RXD RTS
3 4
16 VCC
15
GND
DCD 5 DSR CTS 7 DTR SGND 8 9 6
5 6 7 8 9 DTR SGND DSR CTS
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美国德州仪器是世界上最知名的DSP芯片生产厂商，其产品 应用也最广泛，TI公司生产的TMS320系列DSP芯片广泛应用 于各个领域。TI公司在1982年成功推出了其第一代DSP芯片 TMS32010，这是DSP应用历史上的一个里程碑，从此，DSP芯 片开始得到真正的广泛应用。由于TMS320系列DSP芯片具有 价格低廉、简单易用、功能强大等特点，所以逐渐成为目前 最有影响、最为成功的DSP系列处理器。 目前，TI公司在市场上主要有三大系列产品： 1. 面向数字控制、运动控制的TMS320C2000系列，主要包括 TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240x、 TMS320C24xA/LF240xA、TMS320C28xx等。 2. 面向低功耗、手持设备、无线终端应用的TMS320C5000系列， 主要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x等。 3. 面向高性能、多功能、复杂应用领域的TMS320C6000系列， 主要包括TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx等。
(2) 传输距离
RS232C标准适用于DCE和DTE之间的串行二进制通信，最高的数 据速率为19.2 kbit/s。在使用此波特率进行通信时，最大传送距 离在20m之内，降低波特率可以增加传输距离。
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4、RS232C接口典型应用
+12V 14 4 TXD 5 1 -12V 1488 6 RXD
霍尔传感器用于测量磁场强度
测量铁心 气隙的B值
霍尔元件
烟雾
光电传 感器
产品高度测量
水泵转速测量
光纤陀螺
9.1 自动检测系统常用控 制芯片介绍
一.单片机（Single Chip Microcomputer，SCM）
SCM是集成了CPU、ROM、RAM 和I/O口的微型计算机，有 很强的接口性能，非常适合于工业控制，因此又叫微控制器 （Micro Controller Unit，MCU）。SCM与通用处理器不同， 是以工业测控对象、环境、接口等特点出发，向着增强控制 功能，提高工业环境下的可靠性、灵活方便地构成应用计算 机系统的界面接口的方向发展。 SCM的特点： ① 品种齐全，型号多样。 ② 低电压和低功耗。
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9.2 常用通讯协议介绍
一. 有线通讯协议 1、RS232C总线描述
RS232C是由美国电子工业协会（Electronic Industry Association, EIA） 和通信工业协会（Telecommunications Industry Association, TIA）制定的 用于串行通信的标准通信接口，包括按位串行传输的电器和机械方面的 规定，适用于短距离或带调制解调器的通信场合，利用它可以很方便的 把各种计算机、外围设备、测量仪器等有机地连接起来，进行串行通信。 为了调高数据传输速率和通信距离，EIA还公布了RS422，RS432， RS485等串行总线标准。 所谓串行传输，就是数据流以串行的方式逐位地在一条信道上传输。 每次只能发送一个数据位，发送方必须确定是先发送数据字节的高位还 是低位。同样，接收方也必须知道所收到字节的第一个数据位应该处于 字节的什么位置。串行传输具有易实现，在长距离传输中可到性高的优 点。适合远距离的数据通信。但需要在收发双方采取同步措施。
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三. FPGA/CPLD芯片 1、PLD厂家
生产PLD的厂家很多，但最有代表性的PLD厂家为Altera、Xilinx等。 PLD的开发工具一般由器件生产厂家提供，但随着器件规模的不断增加， 软件的复杂性也随之提高，目前由专门的软件公司与器件生产厂家使用， 推出功能强大的设计软件。下面介绍主要器件生产厂家和开发工具。 ① Altera：20世纪90年代以后发展很快。主要产品有： MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其开发工 具-MAX+PLUS II是较成功的PLD开发平台，最新又推出了Quartus II开 发软件。Altera公司提供较多形式的设计输入手段，绑定第三方VHDL综 合工具，如：综合软件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真软件 ModelSim。 ② Xilinx：FPGA的发明者。产品种类较全，主要有：XC9500/4000、 Coolrunner（XPLA3）、Spartan、Vertex等系列，其最大的Vertex-II Pro器件已达到800万门。开发软件为Foundation和ISE。
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2、RS232C接口引脚描述
引脚描述 9针连接器 DCD RXD
13 25 25 13
25针连接器 8 3 2 20 7 6 4 5 22
18
1 2 3 4 5 6 7 8 9
TXD DTR GND
1
wenku.baidu.com
14
14
1
DSR RTS CTS RI
25脚D型插座
25脚D型插头
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3、SOPC技术
SOPC的硬件平台是NiosⅡ处理器。 NiosⅡ是一个嵌入式处理器，以IP Core的形式在FPGA中实现，是通用的RISC处理器。提供如下特性： ① 32位的指令系统、数据路径和地址空间。 ② 32个通用寄存器组。 ③ 32个外部中断源。 ④ 单周期指令32×32乘法器和除法器，并且提供32位运算结果。 ⑤ 单周期指令移位器。 ⑥ 提供多种片上外设，包括片外存储器和外设的接口。 ⑦ 提供IDE调试环境，可进行开始、停止、单步和跟踪等硬件调试。 ⑧ 提供基于GNU C/C++工具链的开发环境和Eclipse IDE。 ⑨ 所有NiosⅡ系列处理器提供兼容的指令体系。 ⑩ 性能超过1 SODMIPS。 Altera 公司的 SOPC 开发环境软件包括三个部分：Quartus、Nios、SDK。 Quartus ：是硬件设计的综合软件，能实现传统的EDA设计软件的全部功能。 SOPC：是设计的专用插件，由 Quartus 软件调用执行，生成以 32 位 CPU 为核心的处理系统。 SDK：针对与C语言设计的软件集成环境，完成C语言的编译、下载C语言执行 代码到硬件系统、以及调试工作。
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二. DSP芯片
DSP芯片是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字 信号来处理大量信息的器件。一个数字信号处理器在一块不大的芯片内 包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等， 在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外部设备互相通 信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。 根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点： ① 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法； ② 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据； ③ 片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问； ④ 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持； ⑤ 快速的中断处理和硬件I/O支持； ⑥ 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； ⑦ 可以并行执行多个操作； ⑧ 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
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2、LD厂家PLD硬件描述语言
硬件描述语言是EDA开发的一个比较重要的部分，当前 用的最多的两种硬件描述语言是VHDL（VHSIC Hardware Description Language, VHDL）和Verilog HDL。VHDL语言 是IEEE的一项标准设计语言，它源于美国国防部提出的超高 速集成电路（Very High Speed Integrated Circuit, VHSIC）计划，是专用集成电路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）设计和PLD设计的一种主要输 入工具。Verilog HDL是Verilog公司推出的硬件描述语言， 在ASIC设计方面与VHDL语言平分秋色。
第九章 信号自动 检测与转换系统
1.
2.
3.
自动检测系统常用 控制芯片介绍 常用通讯协议介绍 心电信号自动检测 系统设计
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Harbin Engineering University
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典型数字控制系统框图
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基于应变传感器的电子天平
电子天平的精度 可达十万分之一
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电容式电子液位计
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T1out
TXD
RXD
12 8
R1out R2in
R1in
13 10
RXD
单片机
T2in
7
T2out R2out
IBM-PC
9
6 V 1 3 C3
计算机 RS232C接口
终端 RS232C接口
4 C4
5 GND
GND
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二. 无线通讯协议
按照不同的传输距离可以将无线通信网络分为无线广域网 WWAN （Wireless Wire Area Network）、无线城域网 WMAN（Wireless Metropolitan Area Network）、无线局域网 WLAN（Wireless Local Area Network）和无线个域网WPAN（Wireless Personal Area Network）。
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与MCS-51 兼容； 4K字节可编程闪烁存储器； 寿命：1000写/擦循环； 数据保留时间：10年； 全静态工作：0Hz～24Hz； 三级程序存储器锁定；
⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 11 12 13
128×8位内部RAM； 32可编程I/O线； 两个16位定时器/计数器； 5个中断源； 可编程串行通道； 低功耗的闲置和掉电模式； 片内振荡器和时钟电路。
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1、MCS 51单片机
MCS-51是指由美国Intel公司生产的一系列单片机的总称，这一系 列单片机包括很多品种，如8031、8051、8751、8032、8052、8752等， 其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上 进行功能的增、减、改变而来的，人们通常习惯于用8051来称呼MCS-51 系列单片机。89C51是这几年在我国非常流行的单片机，是由美国Atmel 公司开发生产的。作为学习单片机的入门型号，8051单片机有着很多优 点，例如价格便宜，各种各样的应用资料很多。以8位AT89C51单片机为 例，其主要特性如下： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
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8051单片机
2、MC9S12XDP512单片机
MC9S12XDP512单片机是美国飞思卡尔（Freescale）半导体公司生 产的双核处理器。带协处理器的MC9S12X系列单片机是MC9S12系列单 片机的更新换代产品。MC9S12目前已有8个系列几十个品种。S12X系 列单片机比S12速度更快，在S12单核CPU的基础上增加了XGate协处理 器（是一个可用C语言编程的，拥有最优化的数据传输、逻辑以及位操 作指令的指令系统），专门用来处理中断和I/O，可大幅提高实时系统 的性能。 (1)中央处理器和Xgate协处理器 (2)其他组成部分及模块（A/D转换器、CAN模块、定时器、PWM模块 、 串行接口、并行口、时钟发生器、电压调整模块、单线（single wire） BDM调试模块、锁相环电路、系统集成模块SIM（System Integration Module）。 (3) 最小系统板
3、RS232C接口具体规定
(1)电气性能规定
① 在TXD和RXD线上，RS232C采用负逻辑 逻辑正（即数字1）=-15～-3 V； 逻辑负（即数字0）=+3～+15 V。 ② 在联络控制信号线上（如RTS、CTS、DSR、DTR、RI、DCD等） O N（接通状态）=+3～+15 V； OFF（断开状态）=-15～-3 V。