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1、建筑大学课 程 设 计 说 明 书题 目： 基于DSP的温度控制系统的设计课 程： DSP课程设计院 （部）： 信息与电气工程学院专 业： 电子信息工程班 级： 电信061学生： 123学 号： 456指导教师： 78完成日期： 2009年7月4日目 录摘要II1 设计目的12 设计要求13 设计容23.1 理 论 依 据23.2信号特征分析23.3 方 案 设 计33.4 器 件 选 型 43.5 系 统 设 计8总结与致13参考文献14摘 要 根据题目要求设计基于DSP的温度控制系统。通过选择合适的DSP芯片型号，传感器和外围电路，如复位电路，电源电路，时钟电路，信号采集电路等，实现对温度
2、信号的采集，信号处理及温度的控制。关键词： DSP芯片；温度信号采集；温度传感器；时钟电路1 设计目的 通过选择合适的DSP芯片型号，传感器和外围电路，如复位电路，电源电路，时钟电路，信号采集电路等，实现对温度信号的采集，信号处理及温度的控制。2 设计要求 控制室温度恒定为设定值（3），室温度采样点为5个点，要求系能对室温度进行实时采集、处理，并根据设定值通过空调设备进行相应控制（制冷或加热）。根据设计题目的要求，选择确定DSP芯片型号、温度传感器型号，完成系统硬件设计，实现对温度数据的实时采集和处理。3 设计容3.1理论依据 （1） 温度是过程控制中主要的被控量，对温度信号的采集与处理已经广
3、泛应用于工业领域和其他的领域中。目前的温度控制系统多采用单片机进行控制，由于单片机的运算速度慢，在处理一些实 时性强、数据运算量大的控制系统过程中，难以实现实时控制。随着微处理器的发展，数字 信号处理器（DSP）以其强大的运算能力，逐步成为控制领域的主流选择。TI公司的 TMS320LF240型DSP微控制器以其处理能力强，外设功能模块集成度高及存储器容量大等 特点广泛应用于数字化控制与通信领域，可满足对信号的快速、精确和实时处理。（2） 基于DSP设计的温度控制器利用DSP强大的高速运算能力，以及其片集成的丰富的控制外围部件和电路,从而简化了电路的硬件设计,可以实现各种控制算法和控制策略,并
4、通过异步串行通信接口来读取用户所需要的数据,便于用户分析实验结果。此外，还具有脱离DSP的高温硬件保护功能可消除由于DSP系统意外失控所造成的系统超温危险，提高了温度控制系统工作的可靠性和使用安全性。信号采集电路是温度控制系统的重要组成部分其对温度测量的精确性直接影响整个温度控制系统的精度。3.2信号特征分析 由温度传感器所测量的温度可以看做是连续信号，即在时间上和幅度上分别连续的信号。而DSP处理的数据是离散的，所以要对连续的温度信号进行数字化，即采样，量化等。此过程由DSP部的模数转化模块来完成。数字化后的信号输入DSP后，经过分析处理，输出控制信号，如高低电平等，来控制空调设备进行制冷后
5、加热。 由于在温度测量过程中，不可避免的由于外界因素的干扰而造成温度信号的上下波动，从而造成测量结果的不准确。所以温度测量电路采用差分测量电路，通过两者相减来减小误差。3.3方案设计时钟电路电源电路 DSP芯片空调设备光电隔离及功率放大电路温度信号采集及放大电路串行通信电路复位电路 温度信号采集及放大电路：温度用温度传感器来测量，信号采集电路是温度控制系统的前向通道，所采集温度数据的精确性决定了温度系统的精度。本系统采用五个温度传感器采集五路温度信号，再对这五路信号取平均值。DSP芯片：数字信号处理器(DSP)得到了高速发展，性价比不断提高,广泛应用于各个领域,例如通信、语音处理、图像处理、模
6、式识别及工业控制等方面，并且日益显示出巨大的优越性。数字信号处理器利用专门或者通用的数字信号处理电路，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小以及可靠性高的特点，可满足对信号快速、精确、实时处理及控制的要求。时钟电路：DSP芯片工作是需要外部提供合适频率的时钟信号，给DSP芯片提供时钟一般有两种方法：种是利用DSP芯片部提供的晶振电路，另一种方法是采用外部振荡源。 复位电路:当芯片工作时遇到问题时或工作结束时需要复位，对于实际的DSP应用系统，特别是产品化的DSP系统，可靠性是一个不容忽视的问题。实际上DSP系统的时钟频率较高，在运行时极有可能发生干扰和
7、被干扰的现象，严重时系统可能会出现死机现象。为了克服这种情况，除了在软件上做一些保护措施外，硬件上也必须做相应的处理。电源电路：DSP芯片工作时需要具有合适稳定电压的电源来供电。串行通信接口设计：TMS320F240的串行通信接口(SCI)为其部的可编程异步串行通信模块，它是标准的异步串行数字通信接口，可以实现半双工或者双工通信及多机之间的通信。光电隔离及放大电路：为了保证DSP芯片与空调设备之间的绝缘，输出信号不影响输入端，所以采用光电耦合器件，其工作原理就是在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受
8、光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。 3.4器件选型 温度传感器选择：本系统选用性能稳定应用广泛的 PT1000 铂电阻传感器作为温度测量的敏感元件。金 属铂电阻温度系数大、感应灵敏，其电阻值随温度变化基本呈线性关系，在测温围性能 稳定、长期复现性好、测量精度高。PT100 温度传感器的电阻温度系数为 3.9103，电 阻变化率为 0.3851/，线性度小于 0.5%。本系统的信号采集电路采用差动对称式电桥电路实现温度信号的测量，PT1000 温度传感器和精密电阻 R1、R2 及 R3 组成测量电桥。由于 采集的温度信号是较弱的电压信号，因此在 A/D 转换之前需要经过放大电路，使其
9、满足 TMS320LF2407 片 A/D 转换器的输入信号要求。为了提高系统的采集精度，电桥采用美国 模拟器件公司的高精度基准电压源 AD586 供电，并在电桥前加限流电阻 R0，使其流过 PT1000 的电流小于 10mA，减小 PT1000 在工作时产生的自身热效应对采集信号的影响。 DSP芯片选择：TMS320F240 为TI 公司所出品的定点式数字信号处理器芯片，具有强大的外围(64k I/O space、10 bit A/D Converter、Digital I/Operipheral) ，芯片部采用了加强型哈佛架构(Enhanced HarvardArchitecture)，由
10、三个平行处理的总线程序地址总线(PAB)、数据读出地址总线(DRAB)及数据写入地址总线(DWAB)，使其能进入多个存空间。由于总线之操作各自独立，因此可同时进入程序及数据存储器空间，而两存间的数据亦可互相交换，使得其具有快速的运算速度，几乎所有的指令皆可在50ns 周期时间执行完毕，部的程控以管线式的方式操作(Pipeline operation)，且使用存映像的方式，使其整体的效能可达到20MIPS，因此非常适用于实时运转控制，而对于速度较慢的外围亦提供了wait-states 的功能。TMS320F240 单芯片硬件架构上的一些特性对于高速信号处理及数字控制上的应用是必须且重要的，其使用
11、次微米CMOS 技术制程使其功率散逸降至最低。其与传统的微处理机单芯片相较之下其具有下列的优点： (1)执行速度快，整体效能佳，可达到真正的实时控制。 (2)特殊的硬件及指令设计，适用于高性能的控制。 (3)容易增加附属功能，很容易扩展外围。 (4)具有实时中断的看门狗定时器模块，可监控程序之运作。 (5)使用4 层的Pipeline 的程序运作及设计有指令延迟之功能。 TMS320F240将DSP的高速运算能力和高效控制能力集于一体,其主要特点如下：(1)核心CPU包括32位的中央算术逻辑单元(CALU)、32位累加器、16位16位并行乘法器、3个定标移位寄存器和8个16位辅助寄存器,指令周期为
