DSP应用论文

DSP应用论文

基于DSP的一线制汽车控制器设计

A wire car controller design Based on DSP

姓名:赵雨

辽宁省葫芦岛市辽宁工程技术大学邮编:125105 目录摘要

第一章绪论

第二章系统硬件设计

,一, 方案论证

1( 设计原理

2( 论证方案

3( 器件选择

,二,主控制器的选择

1(DSP发展概述及DSP基础

2(所用芯片TMS320F240

3(系统配置和中断

4(存储器介绍

5(时钟电路设计

6(复位电路设计

7(数字I/O接口

,三, 前向通道A/D

1( 信号采集模块

2( CD4051介绍

3( TMS320F240的ADC模块 ,四, 后向通道D/A

1( D/A转换器DAC8562

2( 运放电路

第三章软件设计

,三, 前言

,四, 流程图

第四章结束语

参考文献

附录程序清单

基于DSP的一线制汽车控制器设计

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摘要

本设计是以DSP为主控制器设计的一线制汽车控制器的接收板检测装置，配以相应的外围接口电路，以实现对产品的质量检测。一线制汽车控制器接收板接

收一线制汽车控制器发射板以主频3.3K发出的一系列2V或4V电平脉冲，然

后

控制相应的器件动作。

This design is based on DSP controller design mainly a wire car controller receiver detection device, the periphery of the match with corresponding interface circuit, in order to test the quality of the product. A wire car controller to receive a wire receiver car controller

board at the launch presenting a 3.3 K a series of 2 V or 4 V level pulse, and then control corresponding device action.

关键词:DSP 一线制汽车控制器控制技术设计

keyword :DSP A wire car controller design control

technology

第一章绪论

一线制汽车控制器是应用WZ位置码通讯技术派生出来的一套全新概念的汽车控制器。WZ位置码通讯技术是一个全新的概念，现在已取得国际专利，而一线制汽车控制器已获得国家专利。WZ位置码技术的主要特点是:包括计算机在内的所有数字元件，设备之间通讯管脚及导线只有一个，而其通讯速度可以达到

或接近计算机并行通讯的速度。

第二章系统硬件设计

(一) 方案论证

设计要求:

要求自行模拟发射板发出主频3.3K发出一系列2V或4V电平的脉冲。在相应位置的2V电平脉冲变为4V电平脉冲。然后进行检测，判断接收板的好坏。

1.设计原理

一线制汽车控制器接收板的工作过程是:接收板接收来自发射板以主频3.3K - 1 -

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发出的一系列2V或4V的电平脉冲，当脉冲为2V时，接收板不动作，当脉冲

为4V时，接收板相应的控制信号变为12V电平，控制相应的继电器动作。 2.方案采用高速数字信号处理器 DSP实现。DSP内置模数转换器等外设，片内具有丰富的可编程多路复用I/O引脚，而且它的数据处理速度与89C51相比更有优势，在软件编程方面，DSP的语言可以采用C语言和汇编语言相结合的更为灵活的方式。基于以上优点，本设计采用高速数字信号处理器(DSP)作为控制电路的核心。

3( 器件选择

主控制器的选择

采用TI公司的TMS320LF240x芯片作为控制器。从结构设计上讲，240x系列DSP提供了低成本、低消耗、高性能的处理能力，对电机的数字化控制作用非常突出。

TI公司的TMS320F240器件是基于TMS320C2 型16位定点数字信号处理器(DSP)的新型DSP控制器。由于F240器件片内集成了544字双口RAM、双10位模数转换模块、串行通信接口以及提供死区功能和12路比较/脉冲宽度调制通道的事件管理器模块，并将存储器和外设集成到控制器内部，使得F240在诸多微机控制系统中得到了广泛的应用。存储器 CY7C199

CY7C199是一种采用COMS工艺制成的32K × 8位的SRAM芯片，采用28引脚DIP封装或其它的封装形式。该电源5伏供电，其输入输出电平与TTL电平兼容，三态输出。它的读写访问时间根据不同型号可从20ns—200ns。 AD转换 DAC8562 DAC8562是高速高精度12位数字,模拟转换器芯片，由于DAC8562转换器件的

功耗特别低，而且其线性失真可低达0.012%，因此，该D/A转换器芯片特别适合

于精密模拟数据的获得和控制。

运放电路 LM324

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。时钟电路设计采用封装好的晶体振荡器，将外部时钟源直接输入X2/CLKIN引脚，而将X1引脚悬空。如图所示。只要将晶体振荡器的4脚接+5V，2引脚接地，就可以在3脚上获得时钟信号。

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图2.1晶体振荡器

复位电路

TMS320F240芯片的引脚/RS是复位输入信号，当该引脚电平为低时使芯片复位，通常，共振需要100—200ms的稳定时间，则上电复位时间应该大于200ms:工作中复位则要求复位的低电平至少保持6个时钟周期，以使芯片的初始化能够正确的完成。

2.主控制器

1( DSP发展概述及DSP基础

(1).什么是DSP芯片

DSP芯片，也称数字信号处理器。DSP芯片采用哈佛结构，有专门的硬件乘法器，采用流水线操作，提供特殊指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。

(2).DSP芯片的发展

在DSP芯片中，最成功的是美国德克萨斯仪器公司(Texas Instruments，简称TI)的一系列产品。从运算速度来看，MAC(一次乘法和一次加法)时间已经从80年代初的400ns(如TMS32010)降低到40ns(如TMS32C40)，处理能力提高了10多倍。DSP芯片的引脚数量从1980年的最多64个增加到现在的200个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加。。

(3).DSP芯片的分类

DSP的芯片可以按照以下的三种方式进行分类。

按基础特根据DSP芯片的工作时钟和指令类型分类。按数据格式根据DSP芯片工作的数据格式分类。按用途按照DSP芯片的用途分。

(4).DSP芯片的选择

DSP芯片的选择应根据实际的应用系统需要而确定。一般来说，选择DSP芯片时考虑如下诸多因素。

DSP芯片的运算速度，价格，硬件资源，开发工具，功耗，封装的形式，质量标准，生命周期等。

(5).DSP芯片的基本结构

DSP芯片的基本结构包括:

哈佛结构;流水线操作;专用的硬件乘法器;特殊的DSP指令;快速的指令周期。

(6).DSP系统的特点

接口方便。编程方便。稳定性好。精度高。可重复性好。集成方便。

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2.所用芯片TMS320F240介绍

(1)(TMS320F240性能指标

TMS320F240是TI公司生产的一种低价格高性能16位定点运算DSP芯片，其主要性能指标为:内核CPU:32位中央算术逻辑单元(CALU);32位累加器;16位×16位并行乘法器，产生32位乘积;三个定标移位器;八个16位辅助寄存器和一个用于数据存储器间接寻址的专用算术单元。存储器:544字×16位片内数据/程序双口RAM;16K字×16位片内程序FLASH;224K字×16位最大寻址存储范围;16位地址总线和16位数据总线。

(2)(CPU

TMS320F240的中央处理单元包括32位中央算术逻辑单元和累加器，CALU的输入/输出数据定标移位器 (3)乘法器，实现16位16位二进制不码乘法运算，，输出32位结果;

图2.3 TMS320F240

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3( 系统配置和中断

TMS320F240的中断可以划分为:

软件中断:由指令INTR、NMl、TRAP向CPU发出中断信号。

硬件中断:1外部硬件中断，由外部中断引脚上的中断申请信号触发。

2内部硬件中断，由片内外围设备的请求信号触发。 4( 存储器

存储器选用CYPRESS公司生产的CMOS静态存储器CY7C199。

在本系统中使用2片RAM用于存储数据，地址范围:8000H,FFFFH，共

×8bit，则分配给每个通道的存储深度达到64Kbit。 64K

TMS320F240外扩两片CY7C199的硬件连线图

图2.3 TMS320F240与CY7C199的连线图 5(时钟电路设计

DSP中的时钟模块为整个器件提供各种时钟频率。该模块有6个引脚:OSCBYP 非、XTAL1/CLKIN和XTAL2。OSCBYP非用来选择内部震荡器是否被旁路，如果OSCBYP非接高电平，表示使用内部震荡器，上电后震荡器电路大约需要1ms才- 5 -

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会产生稳定的时钟。若OSCBYP非引脚接地，表示旁路内部震荡器使用外部时钟输入，此时引脚XTAL2悬空，在这次设计中采用了OSCBYP非引脚接地的接法，晶体震荡器采用的是18432M。

图2.4 晶体震荡电路

看门狗/实时中断模块用来监控系统和硬件的操作，它可以按照自己设定的时间间隔产生中断。如果软件的执行进入了一个不正确的循环后者CPU的进行出现异常时，看门狗计数器就产生数据益处，从而实现系统复位，使系统进入预定义状态。系统中的绝大多数异常状况都能通过看门狗的操作进行清除。因此这个片上外设模块保证了系统运行的可靠性和完整性。

在这次的设计中为了系统开发或调试等目的，需要禁止WD定时器的运行。此时在器件复位期间给Vccp引脚施加5V电压，同时设置WD控制寄存器(WDCR)中的WDDIS位为1，可以禁止WD定时器的运行。

WD控制寄存器WDCR的各位为

WDFLAG WDDIS WDCHK2 WDCHK1 WDCHK0 WDPS2 WDPS1 WDPS0

7 6 5 4 3 2 1 0

因此WD控制寄存器WDCR的控制字为01000000。

6( 复位电路设计

设计采用了复位电路，TMS320F240芯片的引脚/RS是复位输入信号，当该引脚电平为低时使芯片复位。通常，共振需要100—200ms的稳定时间，则上电复位时间应该大于200ms:工作中复位则要求复位的低电平至少保持6个时钟周期，以使

芯片的初始化能够正确的完成。使用性能全、价格低、可靠性高的集成自动复仿电路。

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图2.5 上电复位电路图

7( 数字I/O接口

数字I/O端口模块为控制专用I/O引脚和一些复用引脚的功能提供了一种灵活的方式，数字I/O是微处理器和外部设备联系的接口，DSP芯片的I/O引脚大多数与其他功能模块引脚共享。

0)还是功能引脚(1)。 MAX控制位:该位确定引脚是I/O(

I/O方向位:当引脚由MAX确定为I/O引脚时，该位确定引脚是输入(0)

或输出(1)。

I/O数据位:当引脚I/O且方向为输入时，从该位读取数据;若为输出引脚，可将数据写向该位。

8. 前向通道 A/D

在前向通道中，接受板的信号通过6个LM324的数据采集器传输进入八位模拟开关CD4051，由CD4051选通6组信号中的其中一组进入DSP，DSP集成的A/D转换器将信号转换进主控制器。

信号信号信号接收板DSPCD4051信号放大

图 2.6前向通道

3.信号处理模块

运放电路 LM324

1.LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。由经内部频率补偿的4个独立的高增益运算放大器组成。LM324的引脚排列见图。

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图2.7 LM324原理图图2.8 LM324引脚图

信号采集模块部分用到了7个运算发大器，这里使用的运算发大器即上位提到的LM324。其中一个是用于电源信号采集，其他六个是用于6路信号的采集。

图2.9 信号放大电路

2. CD4051

CD4051是单八通道模拟多路调制器。 A, B,和C口控制并且禁止输入。三个二进制信号选择8条通道是选通在"ON" 还是连接输入到产品。

图2.10 CD4051引脚图

本设计中的7路信号分别与CD4051 中8个抽头的其中7个相连，通道选择控制端C，B，A分别接TMS320F240上的IOPB0，IOPB1，IOPB2，由DSP来控制选通某一路信号进入控制器进行检测。

CD4051的选通逻辑图如下:

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图2.11 CD4051逻辑图

CD4051与6路运放组成的信号处理模块如图 2.12

图2.12 CD4051与运放电路的连接图 3. TMS320F240的ADC(模拟/数字转换器) F240 DSP系统中，片内配置了两个10位的模拟数字转换器模块(ADC)。并带有

内部采样保持电路。ADC是一个带有内部采样/保持电路的10位串行电容转换器，

整个片内模拟模块包括两个独立的带有内部采样和保持电路的模拟数字转化单元。

两个独立的模拟数字转换单元为X24X系列器件提供了若干个模拟输入通道。集成

运算放大器是广泛应用的一种模拟电路，在发展初期主要用于模拟数字运算功能，

目前运算放大器的应用已远远超出了数字运算的范围，而涉及电子

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学的各个方面。如信号处理、电源稳压、有源滤波、信号产生、模数转换和数模转换等。

根据以上所诉，给出如图2.15的前向通道的连线图

图2.13 TMS320F240与CD4051硬件图模拟信号采样/转换

每个ADC在一个A/D转换预定标时钟周期内完成输入的采样。在5个A/D转换预定标时钟周期内完成转换，所以每个采样/转换需要6个ADC时钟周期，ADC模

块的结构要求采样/转换时间要大于6μS以保证正确转换。 4( 后向通道D/A 后向通道是指TMS320F240对被控参数的输出通道，包括D/A转换以及运放电

路等。

信号脉冲放大TMS320F240接收板DAC8562运放电路

图2.12 后向通道

1( D/A转换器DAC8562

将数字信号转换成模拟信号需要D/A转换器，DAC8562是高速高精度12位数字,模拟转换器芯片， DAC8562转换器件的功耗特别低其线性失真可低达0.012%。DAC8562的内部结构由逻辑控制器、DAC寄存器A和B、DAC A及DAC B组成。各引脚的功能如下:

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图2.13 DAC8562引脚图

2( 反相交流放大器 :

这个环节将DAC8562出来的脉冲放大之后输入给接受板，同样地，必须得用到上文提到的LM324组的放大电路

图2.14 反相交流放大器

图2.15 DAC8562 与反向交流放大器的连接图

第三章软件设计

3.1 前言

软件的设计是整个系统的灵魂，也是系统能够实现功能的基础。程序设计的好坏，直接关系到整个系统的运行。本次设计采用C语言和汇编语言混合语言进行混合编程。

3.2 软件的功能设计和程序流程

本程序主要分为两部分:测试部分(主程序)和脉冲序列发生部分(中断程序)。在主程序这部分中，先对变量定义，再对中断矢量表、CPU、锁相环、看门狗、系统、中断寄存器、I/O口、A/D模块等进行设置，再进行初始化。

在主程序中还调用了一个测试子程序，这个子程序是用来检测接收板的好坏的，如果接收板发出的脉冲是由2V变为4V，则表示这个接收板在这个信号点是好的，如果没有变为4V，则表示这个板子是坏的。

下面画出了3个程序流程图，分别是主程序流程图、中断程序流程图、测试子程序流程图。具体的流程图如下:

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开始

变量定义

设定中断矢量表设置看门狗

锁相环系统时钟设置I/O初始化

设置A/D初始化定时器初始化脉冲初始数据设置

开中断

测试子程序给出判断信息

N=N+1

N

N=6?

Y

N=0

结束

主程序流程图

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中断子程序

程序入口

取脉冲初值

设置初值

送D/A设置相应点脉冲为4V

脉冲号I=I+1读A/D

N

I=64 ,判断A/D值设为4 V

Y

I=0 给出错误信息

返回返回中断子程序流程图测试子程序流程图

第四章结束语

经过本次设计，我对DSP的发展与应用以及一线制汽车控制器有了深刻的了解。同时，在本次设计过程中我得到了谢慕君老师的精心指导和同学的热心帮助，

谢老师经验丰富，理论知识扎实，治学严谨，处事耐心，有时候我提出的一些粗浅问题，老师都会为我耐心解答，这使我在设计过程中遇到的难题迎刃而解。

本次设计中我还深刻体会到理论联系实际的重要性，仅仅依据书本上的知识来

处理实际应用是远远不够的，实践必须得摆在整个事件中非常重要的一个位置上。

参考文献

[1] 邹彦. DSP原理及应用[M]. 北京:电子工业出版社,2005.1.

[2] 戴明桢.TMS320C54xDSP结构、原理及应用[M].北京航空航天大学出版

社,2001.8.

[3] 胡圣尧. DSP原理及应用[M].东南大学出版社,2008.7.

[4] 清源科技.TMS320C54xDSP应用程序设计教程[M].机械工业出版社,2004.1.

[5] 清源科技.TMS320C54x硬件开发教程[M].机械工业出版社,2003.1.

附录程序清单

#include "stdio.h"

#include "ioports.h" #include "map.h"

#include "math.h"

int DA;

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unsigned int AD1,AD21,AD22,AD23,AD24,AD25,AD26; int pulse_count;

int data[64];

int IN1[2],IN2[2],IN3[2],IN4[2],IN5[2],IN6[2]; int error,error1,error2,error3,error4,error5; int

err1,err2,err3,err4,err5,err6;

asm(" .sect \"VECTOR\" ");

asm(" b _c_int0 ");

asm(" b _c_int1 ");

asm(" b _c_int2 ");

asm(" b _c_int3 ");

asm(" .global _c_int0 ");

asm(" .global _c_int1 ");

asm(" .global _c_int2 ");

asm(" .global _c_int3 ");

watchdog()

{

*WDKEY=0x55;

*WDKEY=0xaa;

return;

}

main()

{ int i;

asm(" SETC INTM "); /* disable interrupt */

asm(" CLRC CNF ");

asm(" CLRC XF ");

*IFR=0xffff;