tidsp温度采集及显示

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1、 课程设计说明书课程设计说明书 （2010/2011 学年第一学期） 课程名称 ： DSP 控制器及其应用 题 目 ： 温度采集与显示 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计周数 ： 2 周 设计成绩 ： 2011 年 7 月 7 日 温度采集与显示 1 课程设计目的课程设计目的 通过我们对 DSP 控制器及其应用课程的学习和理解，综合运用课本中所学到的理论知识完成一个温度 采集与显示的课程设计。通过这次实践锻炼我们查阅资料、方案比较、团结合作的能力。在这个过程我们 必须掌握温度采集技术的硬件设计、熟悉 A/D 转换技术和 DSP 液晶显示功能的软件设计。学会采用简单电 路

2、的实验调试和整机指标测试方法，增强我们的动手能力，为以后学习和工作打下坚实基础 2 课程设计正文课程设计正文 2.1 系统分析系统分析 2.1.1 设计的任务及步骤设计的任务及步骤 （1）熟悉 MC1403 芯片的应用； （2）根据实验测得热敏电阻和温度的一些数据，设计温度电阻公式； （3）设计外部硬件电路； （4）软件完成程序流程图设计和编程，其中包括 A/D 转换和液晶显示部分； （5）编写上位机程序 （6）软硬件联合调试； （7）书写设计说明书。 2.1.2 技术要求技术要求 此系统利用热敏电阻测得电阻温度之间的关系，找到电阻和温度之间的代数关系，从而检测温度， 设计硬件外扩电路，同时设

3、计软件程序，包括 A/D 程序设计，进行软硬件联系调试，能在液晶显示屏上显 示温度。 2.1.3 设计思路设计思路 首先设计温度采集电路，由于考虑到使用的是非线性负温度系数的热敏电阻，因此采用了桥式电路尽 量减小因外接不必要因素导致的误差，通过多次试验测得几个点，并拟合出一条合适的线性函数关系。其 次进行软件设计，主要包括 AD 转换模块、液晶显示模块、算法转换模块、主函数模块以及上位机模块。 最后进行软硬件联系调试，并能在液晶上正常显示温度值。 2.2 总体设计总体设计 2.2.1 硬件设计硬件设计 TMS320F2812 作为本次课设使用的 DSP 芯片。它包含 33 个电源引脚（为使器件

4、正常运行，所有电源 引脚必须正确连接且不能悬空）时钟源模块，DSP 有六种信号可以使 DSP 控制器复位，即电源复位、复位 引脚RS、软件复位、非法地址复位、看门狗定时器溢出、欠压复位六种复位信号。所以在设计的初期， 把它分成了五个模块。其中复位采用电源复位的方式，由引脚 PCRESET 引起。为了可靠复位，其中低电 平的有效时间至少 6 个 CPU 时钟周期。DSP 最小系统组成框图如图 1 所示。 温度采集与显示 1 图 1 DSP 最小系统 其中： 开关 SW-PB、 电容以及电阻构成一个简单的抚慰电路； 晶振与两个并联电容接在 XTAL1 与 XTAL2 为 2812 提供外部时钟；H

5、T7133 芯片将 5V 直流电源转换为 3.3V 直流电源构成电源模块为 2812 供电。 2.2.2 系统框图设计系统框图设计 该系统包括温度采集模块、F2812 芯片、AD 转换模块以及液晶显示模块，首先通过热敏电阻对外界温 度的变化，从而改变其电位的变化，F2812 芯片等待中断并接收数据，然后送入 AD 转换模块，AD 对模拟 信号进行转换，并将转换结果存放在结果寄存器的高 12 位，为保证数据精确多次采样求平均值，最后通 过算法转换，将结果显示在 LCD 液晶上。系统设计流程如图 2 所示。 图 2 系统设计流程图 2.3 单元电路的设计单元电路的设计 2.3.1 温度采集电路温度

6、采集电路 考虑到此次使用的是非线性负温度系数的热敏电阻，因此采用桥式电路尽量确保其精度，并使用低压 基准芯片 MC1403 为电路提供基准电压，确保其尽量减少外界不必要因素的影响。温度采集电路如图 4 所 示。 温度采集与显示 2 图 3 温度采集电路 2.3.2 2.3.2 单元模块的分析单元模块的分析 （1）MC1403 低压基准芯片引脚如图 4 所示。 图 4 MC1403 低压基准芯片引脚图 Vin 端口输入一个 4.540V 的模拟电压值 （接 P2 口的 1 引脚） ， 在 Vout 端输出了一个稳定的电压值 （接 P2 口的 1 引脚，为 AD 模块提供参考模拟高电平） ，GND

7、 端接模拟地（接 P2 口的 33 引脚）为 AD 提供参考 模拟低电平，并与数字地短接。 （2）AD 转换模块 当模/数转换完成后，读取结果寄存器前，最好先读取模/数转换控制寄存器 ADCRL2 的 ADCRESULT0 或 ADCRESULT1，以确定当前结果寄存器的状态，保证读取的结果是正确。另外，要注意 12 位的转换结果放 在结果寄存器中的高 12 位上,要进行位移转换，该 12 位数据与外部模拟输入电压的关系为： 12 位数字结果=4095*（输入电压/基准电压） 基准电压：3V 输入电压：A/D 采集的电压 12 位数字结果：12 位的转换结果是放在结果寄存器的高 12 位上。

8、温度采集与显示 3 （3）LCD 液晶显示模块 DSP 经常会对读写周期较慢的输入/输出设备（如液晶显示模块、打印机、键盘等）进行访问，通常以 下两种方法来解决 DSP 与这些慢速设备之间的输入/输出时序匹配问题。直接访问方式是将 DSP 的读写信 号限于慢速设备接口控制板引出的读写信号线直接相连，时序由 DSP 内部读写逻辑控制。由于慢速外设的 读写周期相对 DSP 较慢，是两者的时序匹配，还必须进行一些时序方面的控制处理。一中处理方法是软件 编程等待状态发生器，将外部总线周期扩展到数个机器周期。由于受硬件条件的限制，这种扩展通常也是 有限的。 液晶显示为 128 行和 64 列的矩阵，它分

9、左右两个平面，而一个字是 16 行和 16 列的矩阵，在按页的 显示中每一页是一个 8 行和 128 列的矩阵，所以每一行字是分两页显示的 系统设计总电路图如图 5 所示。 图.5 系统设计总电路图 （4）单片机与 PC 机串口通信 DSP 有一个全双工的串行通讯口，所以 DSP 和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要 满足一定的条件，比如电脑的串口是 RS232 电平的，而 DSP 的串口是 TTL 电平的，两者之间必须有一个电 平转换电路，我们采用了专用芯片 MAX232 进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是 用专用芯片更简单可靠。我们采用了三线制连接串口，也

10、就是说和电脑的 9 针串口只连接其中的 3 根线： 温度采集与显示 4 第 5 脚的 GND、第 2 脚的 RXD、第 3 脚的 TXD。这是最简单的连接方法，但是对我们来说已经足够使用了， 电路如下图所示， 图 6 异步串行通讯原理图 DSP 控制器串行通信接口（SCI）是一个标准的通用异步接收/发送（UART）通信接口。它的接收器和 发送器都是双缓冲的。DSP 控制器串行通信接口（SCI）有自已的使能和中断位，它们可以半双工或全双工 方式工作。为了保证数据的完整性，串行通信接口对接收的数据进行间断检测、奇偶性、超时和帧错误的 检查。位速率（波特率）可通过一个 16 位的比特率选择寄存器进行

11、编程，因此，可以有超过 65000 种不 同的速率。 SCI 模块是一个 8 位片内外设，通过 DSP 的 16 位外部数据总线的低 8 位与外部设备通信。 SCI 的物理描述： （1）两个 I/O 引脚。 *SCIRXD（SCI 接收数据输入） *SCITXD（SCI 发送数据输出） （2）通过一个 16 位波特率选择寄存器的编程，可得到超过 65000 种不同的可编程位速率。 （3）18 的可编程数据字长。 （4）长度为 1 位或 2 位的可编程停止位。 （5）内部产生的串行时钟。 （6）四个错误检测标志。 *奇偶性错误 *超限错误 *帧错误 *间断检验 （7）两种唤醒多处理器模式，可与任

12、意通信格式一起使用。 *空闲线路唤醒 *位寻址唤醒 （8）半双工或全双工操作。 （9）双缓冲接收和发送功能。 （10）接收和发送操作均可通过中断或查询操作进行，相应的状态标志如下： 发送器：TXRDY 标志（发送器缓冲寄存器准备好接收另一个字符）和 TXEMPTY 标志（发送移位寄存器 空） 。 接收器：RXRDY 标志（准备从接收缓冲寄存器中读出一个新字符） 、BRKDT 标志（间断条件发生）和 RXERROR，可用来监视四个中断条件。 R S 2 3 2 DSP 控 制 器 PC 机 MC1489 MC1488 TXD TXD RXD RXD GND GND 温度采集与显示 5 （11）发

13、送器和接收器中断的分立的使能位（间断除外） 。 （12）SCI 数据，不管是接收的、还是发送的，都是 NRZ（非归零）格式的。 2.4 2.4 软件程序设计件程序设计 2.4.1 2.4.1 软件系统流程图软件系统流程图 软件系统流程如图 6 所示。 图 7 软件系统流程图 2.4.2 2.4.2 软件程序设计软件程序设计 程序主要包括主程序、中断、延时、A/D 转换、算法转换、液晶显示等子程序，实现温度采集与显示 的功能，程序详见附录。此次课设我主要负责 AD 转换、算法转换和主程序部分。 AD 转换部分我采用单通道采样方式对温度采集电路发送的值进行转换， 并使用了第一组的 6 号中断对 电

14、路进行定时采样，由于考虑到热敏电阻比较灵敏，我采用了多次采样求平均值的方法确保数据精确。 算法转换部分主要是对 AD 采集并转换的值进行进一步的转换，主要是将桥式电路的电压与热敏电阻 的关系和拟合的温度与电阻的关系整合在一起，使其转换为我们能看懂的温度，并将其一位一位拆分开来 温度采集与显示 6 复制到 LCD 液晶显示子程序，将结果显示字液晶屏上。 （1）NTC 热敏电阻原理及应用 NTC 热敏电阻器在室温下的变化范围在 10O1000000 欧姆，温度系数-2%-6.5%。NTC 热敏电阻器可广泛应 用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。 NTC 热敏电阻为负温度系数热敏电阻。 零功

15、率电阻值 RT（） ：RT 指在规定温度 T 时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽 略不计的测量功率测得的电阻值。 电阻值和温度变化的关系式为： RT = RN expB(1/T 1/TN) RT ：在温度 T （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 RN ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 T ：规定温度（ K ） 。 B ： NTC 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。 exp ：以自然数 e 为底的指数（ e = 2.71828 ） 。 该关系式是经验公式，只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具有一定的精确度，因 为材料常数 B 本

16、身也是温度 T 的函数。 额定零功率电阻值 R25 （） ：根据国标规定，额定零功率电阻值是 NTC 热敏电阻在基准温度 25 时测得的电阻值 R25，这个电阻值就是 NTC 热敏电阻的标称电阻值。通常所说 NTC 热敏电阻多少阻值， 亦指该值。 材料常数（热敏指数） B 值（ K ） RT1 ：温度 T1 （ K ）时的零功率电阻值。 RT2 ：温度 T2 （ K ）时的零功率电阻值。 T1， T2 ：两个被指定的温度（ K ） 。 对于常用的 NTC 热敏电阻， B 值范围一般在 2000K 6000K 之间。已知 150 时为 25，即 R25 = 150，120 时为 45，经计算，B 约为 2121.7K。代入得： r=150*exp(2121.7*(1/t)-1/298) 取曲线上的任意几点，再用 Matlab 进行曲线拟合，得到几条直线，经筛选后得到如图 7 的图形。经