多路路温度控制系统设计

1 系统的总体设计

1.1 DSP系统简述

通常，一个典型的DSP系统应包括抗混叠滤波、数据采集A/D 转换器、数字信号处理器DSP、D/A转换器和低通滤波器等，其组成框图如图1所示

输出

图1 DSP系统框图

在许多应用系统中，为了应用DSP卓越的数字信号处理能力，我们必须先将模拟信号进行数字化（A/D转换），再对采样数据进行相应的算法处理，最后经过数字信号模拟化（D/A转换）后输出。

2.1 TMS320VC5402

TMS320VC5402是一个工作灵活、高速、具有较高性价比、低功耗的16位定点通用DSP芯片。其主要特点包括：采用改进的哈佛结构，1条程序总线（PB）条数，3 据总线（CB、DB、EB）和4条地址总线（PAB，CAB，DAB，EAB），带有专用硬件逻辑CPU，片内存储器，片内外围专用的指令集，专用的汇编语言工具等。

TMS320VC5402含4K字节的片内ROM和16K字节的双存取RAM，1个HPI（Host Port Interface）接口，2个多通道缓冲单口MCBSP （Multi-Channel Buffered Serial Port）,单周期指令执行时间10ns，双电源（1.8V 和3.3V）供电，带有符合IEEE1149.1标准的JTAG 边界扫描仿真逻辑。VC5402芯片提供了两个增强型的高速、全双工多通道缓存串行口，这使得它可以与音频CODEC、串行ADC/DAC直接相连。MCBPS 具有全双工的通信机制以及双缓存的发送寄存器和三缓存的接收寄存

器，允许连续的数据流传输，数据长度可以为8bit、12bit、16bit、20bit、24bit、32bit。VC5402的MCBPS接口信号包括：接收数据DR、发送数据DX、发送时钟CLKX、接收时钟CLKX、接收帧同步FSR和发送帧同步FSX。MCBSP通过这6个管脚为外部设备提供了数据通道和控制通道。其中引脚CLKR、FSR、DR构成接收信号组，引脚CLKX、FSX、DX构成发送信号组。接收和发送用的移位时钟信号、帧同步信号可以由DSP内部提供，也可以由AD/DA提供。串行口在发送和接收数据之前必须进行初始化，通过对SPCR、SPGR、RCR、XCR、MCR等串口控制寄存器写入适当的控制字完成MCBPS的初始化工作。

3.1 温控系统

温控系统主要由温度集、显示, 温度开关控制两部分构成。本设计利用TMS320VC5402数字信号处理器的I/O口与温度传感器DS18B20相连, 进行环境温度的实时监测, 将采集的温度数据进行十进制转换后, 通过LCD显示;同时将此数据与键盘设定的温度阈值进行比对, 其结果用于产生模拟开关的控制信号, 即实现了温度监控的目标。

温控系统总体框架如图2所示

图2温控系统的设计框架

3.1.1 温度采集、显示模块

系统采集温度的传感器为DS18B20,其测温范围为 55~+125,固有测温分辨率0. 5 ,它具有单总线接口方式, 因此与处理器的双向通讯仅需要一条线即可实现; DS18B20还支持多点组网功能, 多个DS18B20可以并联在唯一的总线上, 实现多点测温; 其测量结果以9位数字量方式串行传送, 电源选用外部供电模式, 与TMS320VC5402的硬件连接方式如图3所示

+5V

4.7K

GND+5V

DQ

图3 TMS320VC5402与DS18B20的连接方式

图3中, DQ为数据输入/输出脚, 漏极开路, 常态下高电平。

DS18B20采用16位符号扩展的二进制补码形式输出温度值, 以0. 0625 /LSB形式表达, 设计中处理器采集到实时温度后, 数据进行十进制转化, 通过LCD显示即可。由于实验台上集成了LCD,设计中DSP只需对LCD 映射的I/O口地址输出数据, 即实现对LCD的显示控制。

3.1.2 温度开关控制模块

本模块由HD7279A键盘、显示电路、处理器TMS320VC5402及模拟开关三部分组成。HD7279A是一片具有独立串行接口, 可同时驱动8位共阴极数码管的显示驱动芯片,该芯片可连接64键的键盘矩阵, 单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。

HD7279A的键盘显示电路包括串行键盘/显示接口控制电路、8位数码管显示器和8 8键盘电路,该电路不需要地址、数据总线和总线提供的片选信号。TMS320VC5402则通过MCBSP同步串口实现与HD7279A的连接, 连接方式如图4所示

图4 HD7279A通过MCBSP1与DSP处理器的连接

TMS320VC5402的CPU与MCBSP之间的数据传送一般分为三种方式: 查询方式、中断方式和DMA方式, 系统采用的是中断方式, 完成

数据的显示、存储、按键次数控制, 最终通过阈值设定、比对, 产生模拟开关信号。

2 硬件设计

硬件的工作原理：

系统基于TI公司的TMS320VC5402实验台, 在此平台下完成如下设计。

下面以TMS320VC5402芯片为系统核心，设计DSP硬件系统的电路，包括时钟电路、电源电路、复位电路、功能配置引脚连接以及程序存储空间扩展和数据空间扩展电路。

2.1 时钟电路

时钟电路用来为TMS320VC5402芯片提供时钟电路，由一个内部振荡器和一个锁相环PLL组成，可通过晶振驱动。另外外部中断均上拉高电平，并在个电源接口加去耦电容。电路原理图如图5所示

2.2 电源电路和复位电路

图6 功能配置引脚连接电路

图7 电源电路和复位电路

2.3 存储空间扩展电路

T MS320VC5402的程序存储空间扩展RAM选用IS61LV6416，程序存储空间扩展FLASH选用AT29LV1024，数据存储空间扩展RAM选用IS61LV6416。考虑到上电及复位时，引导的执行以及用户程序要存放到读取速度较快的外部程存RAM中，所以要设计程存空间和数存空间在转换的逻辑电路，即用DSP的XF外部标志输出引脚和非门74HC32来实现引导期间数据总线、地址总线在程存空间和数存空间的切换，具体电路如图8所示