基于DSP的加速度计温度控制系统的设计

1 引言

近年来，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。文中以T1MS320F240型DSP为核心,设计了高精度的惯性导航加速计温度控制系统。

2 TMS320F240系列的基本特征

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50 ns(20 MI／s)，多数指令为单周期指令；
(2)片内带有544 Bxl6位的数据／程序RAM和16 KBxl6位的掩模ROM或Flash EEPRClM,外部存储器接口具有16位地址总线和16位数据总线,224 KBxl6位的最大可寻址寄存器空间：
(3)双10位模数转换器可实现双路信号同时采样，转换时间可以根据需要编程设置．最短转换时间为6．1 IJ,s；
(4)6个外部中断，包括电源驱动保护中断、复位、非屏蔽中断NMI和3个可屏蔽中断。

3 温度控制系统硬件设计

基于DSP设计的温度控制器利用DSP强大的高速运算能力，以及其片内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。系统结构如图1所示。



3．1 信号采集及放大电路

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。故本系统选用性能稳定的PT1000铂热电阻传感器作为测量温度信号的敏感元件。其阻值随温度的变化为：0℃时阻值为1 000Ω，温度系数为3．84Ω℃。线性度小于0．5％。信号采集电路采用对称的差动式电桥测量温度信号，铂热电阻器Rt和精密电阻器R1、R2及R3组成测量电桥。X检测为硬件保护电路的输入信号，温度信号采集及放大电路如图2所示。



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，并在其电桥前加一限流电阻RO使流过铂热电阻器Rt的电流小于10 mA。以尽量减小铂热电阻器在工作时产生的自身热效应对温度采集的影响。当温度发生变化时，铂热电阻器Rt的阻值也随之变化，电桥输出信号经运算放大器放大并经过相应的偏置处理后。使其电压满足DSP片内AID转换器的电压输入范围0 V一5 V，以进行AID转换。

3．2 外部存储器扩展

在温度控制过程中，需要采集和处理大量的数据。TMS320F240固有的片上数据存储器空间显然不够．而且。在调试系统时如果有外部存储器，只需将程序通过仿真接口下载到外部存储器中而不需要再烧写到片内的Rash中。这样给程序调试带来了方便．因此选用ISSI公司生产的IS61C6416型静态存储器来扩展外部存储器。

IS61C6416是采用CMOS工艺制成的64 Kxl6bit静态存储器．采用44引脚贴片式封装，5．0 V供电．输入输出电平与TTL电平相兼容，并具有高速的读写访问时间和低功耗工作方式。表1为IS61C6416的工作方式真值表。

表１：IS61C6416的工作方式真值表　

IS61C6416与TMS320F240的接口电路非常简单．其16条数据线和16条地址线直接与TMS320F240相连接即可。由表1可知，IS61C6416的工作方式由5条控制信号线控制，其中使能引脚和读写选择引脚与DSP相连以控制其读写操作，由于TMS320F240系列DSP为16位微处理器，其数据的读写不用分开来进行，故高位字节和低位字节使能引脚直接接地。

3．3 串行通信接口设计

TMS320F240的串行通信接口(SCI)为其内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。SCI模块是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，有独立的发送器和接收器。发送器和接收器均是双缓冲的．并且都有独立的使能位和中断位。通信传输速率即波特率可以通过SCI的2个16位的波特率选择寄存器编程来确定。

SCI串行通信总线接口电路如图3所示．其接口电路比较简单，主要由Maxim公司的MAX232A和一些外围元件构成。SCIRXD和SCITXD分别接DSP控制器SCI串行通信模块的输出、输入引脚．RXD和TXD分别接电路板上RS一232标准接口的2端和3端，电阻器R2、R3和电容器C6、C7作为抗干扰元件。利用此串行通信总线可以实现基于DSP的温度控制系统与计算机之间的异步数据通信，可以使计算机实时地读取：DSP存储器内的数据，便于调试系统和分析实验结果。