DSP温度测量

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1、沈阳理工大学信息科学与工程学院 DSP 课程设计报告 1 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 分院（系）信息科学与工程学院专业电子信息工程 学生姓名于胜军学号0803030324 设计题目 基于 PT100 温度测量系统设计 内容及要求：内容及要求： 1.完成 PT100 温度转换电路设计 2.使用 TMS320C5509 进行数据采集 3.计算出温度 进度安排： 2011 年 12 月 12 日： 进行课程设计动员，分配课程设计题目，查阅资料 12 月 13 日 到 12 月 22 日为上机时间， 12 月 22 日验收结果 12 月 23 日写报告答疑， 12 月 29 日上午交电子

2、档 12 月 30 日上午收课程设计报告和答辩 指导教师（签字）： 年 月 日 分院院长（签字）： 年 月 日 沈阳理工大学信息科学与工程学院 DSP 课程设计报告 1 摘要摘要 DSP 芯片是一种高性能的微处理器，其技术发展大大推动了温度测量的精确度， PTloo 铂电阻的阻值随温度变化而变化，利用它的这个特性来测量温度是近年来温度测 量技术的研究热点.实际应用中，由于刀 D 不能直接对电阻信号进行采样，所以一般将 电阻信号转换成电压信号再进行处理. 基于 DSP 查表方式的 PT100铂电阻测温方案设计提出一种用恒流源给 PT100供电的 方法,将 PT100在不同温度下的电阻信号转换成电

3、压信号,经过信号处理电路将输出电压 信号控制在03.3V,DSP2407内部 AD 对其进行采样,对采样值进行软件低通滤波,提高 测温精度。通过查采样值与温度的关系表格得温度值。 关键词关键词：DSP 芯片；温度；PT100 沈阳理工大学信息科学与工程学院 DSP 课程设计报告 1 目 录 绪 论1 1 基本原理2 1.1 PT100 原理 .2 1.2 C55X 的 CPU 简介 3 1.2.1 指令缓冲单元（I） 10 12 程序流单元（P）5 1.2.3 地址程序单元（A）.6 1.2.4 数据计算单元（D）.6 3 设计方案7 3.1 系统框图.7 3.2 温度信号采集电路.7 3.3

4、 放大电路.9 3.4 电源电路.9 3.5 时钟电路.9 3.6 复位电路.10 结 论14 参考文献15 致 谢16 附录 17 沈阳理工大学信息科学与工程学院 DSP 课程设计报告 1 基于 PT100 温度测量系统设计 绪 论 21 世纪是数字化的时代，随着越来越多的电子产品将数字信号处理(PSP)做为技术 核心，DSP 已经成为推动数字化进程的动力。作为数字化最重要的技术之一，DSP 无 论在其应用的深度还是广度，正在以前所未有的速度向前发展。 数字信号处理器，也称 DSP 芯片，是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特 殊结构的微处理器，它是现代电子技术、相结合的产物。一门主流技术

5、，随着信息处 理技术的飞速发展，计算机技术和数字信号处理技术数字信号处理技术逐渐发展成为 它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得 到了越来越广泛的应用。 数字信号处理由于运算速度快，具有可编程特性和接口灵活的特点，使得它在许 多电子产品的研制、开发和应用中，发挥着重要的作用。采用 DSP 芯片来实现数字信 号处理系统是当前发展的趋势。 数字图像处理（Digital Image Processing）是指将图像信号转换成数字信号并利用 计算机对其进行处理的过程。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质 量后的图像。图像处理方法有图像增强、复原、编码、压

6、缩等。 随着计算机技术、电子技术、和通信技术的发展，数字图像压缩在计算机和便携 式系统中的应用越来越广泛。数字化图像使得图像信号可以高质量地传输，并便于图 像的检索、分析、处理和存储。但是数字图像的表示需要大量的数据，由于存储空间 和网络带宽的限制,对图像进行存储，处理和传输之前先要对图像进行压缩。数字图像 压缩是减小图像数据量，方便图像的传输、存储和处理的有效手段，研究图像压缩的 实现有着其重要的现实意义。数字信号处理器（DSP）有其独特的硬件结构特别适合 于数字信号处理领域，大量地使用在各种便携式、实时信号处理场合。它的高速度和 良好的运算性能特别适合于图像处理。 沈阳理工大学信息科学与工

7、程学院 DSP 课程设计报告 1 1 设计原理 1.1 PT100 原理 基本原理：PT100 是电阻时温度传感器的一种，电阻式温度传感器 (RTD,Resistance Temperature Detector)一种物质材料做成的电阻,它会随温度的 上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称为正电阻系数,如果 它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度传感器是以 金属做成的,其中以铂(Pt)做成的电阻式温度检测器,最为稳定耐酸碱、不会变质、 相当线性,最受工业界采用。 PT100 温度传感器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其 电

8、阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+T) 其中 =0.00392,Ro 为 100(在 0的电阻值),T 为摄氏温度，因此铂做成的电阻 式温度传感器，又称为 PT100。 R=100（1+0.00392T）-R-100=0.392T-T=（R-100）/0.392 -T=2.551（R-100） PT100 的分度值：铂热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原 理设计和制作的，按 0时的电阻值 R()的大小分为 10 欧姆（分度号为 Pt10）和 100 欧姆（分度号为 Pt100）等，测温范围均为-200850.10 欧姆铂热电阻的感温原 件是用较粗的铂丝绕制而成，耐温性能

9、明显优于 100 欧姆的铂热电阻，只要用于 650 以上的温区；100 欧姆铂热电阻主要用于 650以下的温区，虽也可用于 650以上温 区，但在 650以上温区不允许有 A 级误差。100 欧姆铂热电阻的的分辨率比 10 欧姆 铂热电阻的分辨率大 10 倍，对二次仪表的要求相应地一个数量级，因此在 650以下 温区测温应尽量选用 100 欧姆铂热电阻。 感温元件骨架的材质也是决定铂热电阻使用温区的主要因素，常见的感温元件 有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云 母骨架上再经过复杂的工艺加工而成。由于骨架材料本身的性能不同，陶瓷元件适用 于 850以下温区，

10、玻璃元件适用于 550以下温区。近年来市场上出现了大量的厚膜 和薄膜铂热电阻感温元件，厚膜铂热电阻元件是用铂浆料印刷在玻璃或陶瓷底板上， 薄膜铂热电阻元件是用铂浆料溅射在玻璃或陶瓷底板上，再经光刻加工而成，这种感 沈阳理工大学信息科学与工程学院 DSP 课程设计报告 1 温元件仅适用于-70500温区，但这种感温元件用料省，可机械化大批量生产，效率 高，价格便宜。 PT100 的结构：就结构而言，铂热电阻还可以分为工业铂热电阻和铠装铂热电阻。工业 铂热电阻也叫装配铂热电阻，即是将铂热电阻感温元件焊上引线组装在一端封闭的金 属管或陶瓷管内，再安装上接线盒而成；铠装铂热电阻是将铂热电阻元件，过渡引

11、线， 绝缘粉组装在不锈钢管内再经模具拉实的整体，具有坚实，抗震，可绕，线径小，使 用安装方便等优点。 1.2 C55X 的 CPU 简介 C55X 有 1 条 32 位的程序数据总线（PB0） ，5 条 16 位数据总线 （BB、CB、DB、EB、FB）和 1 条 24 位的程序地址总线及 5 条 23 位地址总线，这些 总线分别与 CPU 相连。总线通过存储单元接口（M）与外部程序总线和数据总线相连， 实现 CPU 对外部存储器的访问。这种并行的多总线结构使 CPU 能在一个 CPU 周期内 完成 1 次 32 位程序代码读、3 次 16 位数据读和两次 16 位数据写。C55X 根据功能的

12、 不同将 CPU 分为 4 个单元，指令缓冲单元（I） 、程序流程单元（P） 、地址流程单元 （A）和数据计算单元（D） 。 读程序地址总线（PDA）上传送 24 位的程序代码地址，由读程序总线（PB）将 32 位的程序代码送入指令缓冲单元进行译码1。 1.2.1 指令缓冲单元（I） C55X 的指令缓冲单元有指令缓冲队列 IBQ 和指令译码器组成。在每个 CPU 周期 内，I 单元将从程序数据接收的 4B 程序代码放入指令缓冲队列，指令译码器从队列中 取 6B 程序代码，根据指令的长度可对 8 位、16 位、24 位、32 位和 48 位的变长指令 进行译码，然后把译码数据送入 P 单元、A

13、 单元和 D 单元去执行。 1.2.2 程序流单元（P） 程序流程单元有程序地址产生电路和寄存器组凑成。程序流程单元产生所有程序 空间的地址，并控制指令的读取顺序。 沈阳理工大学信息科学与工程学院 DSP 课程设计报告 1 程序地址产生逻辑电路的任务是产生读取空间的 24 位地址。一般情况下，它产生的是 连续地址，如果指令要求读取非连续地址的程序代码时，程序地址产生逻辑电路能够 接收来自 I 单元的立即数和来自 D 单元的寄存器值，并将产生的地址传送到 PAB。 在 P 单元中使用的寄存器分为 5 种类型。 程序流寄存器：包括程序计数器、返回地址寄存器和控制流程关系寄存器。 块重复寄存器：包括

14、块重复寄存器 0 和 1（BRC0、BRC1）BRC1 的保存寄存器 (BRS1)、块重复起始地址寄存器 0 和 1 以及块重复结束地址寄存器 0 和 1。 单重复寄存器：包括单重复寄存器和计算单重复寄存器。 中断寄存器：包括中断标志寄存器 0 和 1、中断使能寄存器 0 和 1 以及调试中断使 能寄存器 0 和 1。 状态奇存期：包括状态寄存器 0，1，2 和 3。 1.2.3 地址程序单元（A） 地址程序单元包括数据地址产生电路、算术逻辑电路和寄存器组构成。 数据地址产生电路能够接收来自 I 单元的立即数和来自 A 单元的寄存器产生读取 数据空间的地址。对于使用间接寻址模式的指令，有 P

15、单元向 DAGEN 说明采用的寻 址模式。 A 单元包括一个 16 位的算术逻辑单元，它既可以接收来自 I 单元的立即数也可以 与存储器、I/O 空间、A 单元寄存器、D 单元寄存器和 P 单元寄存器进行双向通信。 A 单元包括的寄存器有以下几种类型。 数据页寄存器：包括数据页寄存器和接口数据页寄存器； 指针：包括系数数据指针寄存器、堆栈针寄存器和 8 个辅助寄存器； 循环缓冲寄存器:包括循环缓冲大小寄存器、循环缓冲起始地址寄存器; 临时寄存器：包括临时寄存器。 1.2.4 数据计算单元（D） 数据计算单元由移位器、算数逻辑电路、乘法累加器和寄存器组构成。D 单元包 含了 CPU 的主要运算部

16、件。 沈阳理工大学信息科学与工程学院 DSP 课程设计报告 1 D 单元移位器能够接收来自 I 单元的立即数，能够与存储器、I/O 单元、A 单元寄 存器、D 单元寄存器和 P 单元寄存器进行双向通信，此外，还可以向 D 单元的 ALU 和 A 单元的 ALU 提供移位后的数据。移位可以完成以下操作： 对 40 位的累加器可以完成向左最多 32 位的移位操作，移位数乐意从零食寄存器读 取或由指令中的常数提供； 对于 16 位寄存器、存储器或 I/O 空间数据可完成左移 31 位或 32 位的移位操作； 对于 16 位立即数可完成向左移最多 15 位的移位操作。 沈阳理工大学信息科学与工程学院 DSP 课程设计报告 1 3 设计方案 3.1 系统框图 本设计系统主要包括温度信号采集单元，时间信号采集单元，单片机数据处理单 元，时间、温度显示单元。其中温度信号的数据采集单元部分包括温度传感器、温度 信号的获取电路（采样） 、放大电路、A/D 转换电路。 系统的总结构框图如图 3.1 所