DZ202PLC溫度控制系統(tǒng)

DZ202PLC溫度控制系統(tǒng),DZ202PLC,溫度,控制系統(tǒng) 目目 錄錄第一章 緒論.11.1 課題的目的及意義.11.2 功能說明.1第二章 方案論證.2第三章 硬件部分設(shè)計(jì).33.1 主控制器的設(shè)計(jì).33.2 DSP 的片上外設(shè).113.3 前向通道的設(shè)計(jì).153.4 后向通道的設(shè)計(jì).173.5 鍵盤與顯示電路.203.5.1 引腳說明與接口電路.203.5.2 HD7279A 主要特點(diǎn)及電特性.213.5.3 控制指令及時(shí)序.223.5.4 LED 數(shù)碼管.263.5.5 鍵盤.29第四章軟件部分設(shè)計(jì).304.1 PID 控制算法1.324.2 流程圖.33結(jié)束語.36參考文獻(xiàn).37附錄.381第一章第一章 緒論緒論1.1 課題的目的及意義溫度控制系統(tǒng)是比較常見的，是典型的過程控制系統(tǒng)7。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中重要的被控制參數(shù)之一，冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐，對(duì)工業(yè)的處理溫度等均需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)化、智能化，比過去單純采用電子線路進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)控制效果要好得多。因此課題的主要目的是讓我們通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，結(jié)合我們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，來完成這次設(shè)計(jì)。也可以說是對(duì)我們以后進(jìn)入工作崗位的一次提前的考驗(yàn)，所以我們要盡最大努力完成我們這最后的答卷。本文在分析過程中，在掌握主控制器 TMS320F24011工作原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求參數(shù)選用符合條件的外圍硬件電路，根據(jù)硬件電路編輯能夠?qū)崿F(xiàn)控制過程的應(yīng)用程序。從而實(shí)顯整個(gè)控制過程。1.2 功能說明根據(jù)基于 DSP 的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)了一種簡單、適用的溫度控制系統(tǒng)，能夠完成下述功能和指標(biāo)：1.實(shí)時(shí)顯示溫度要求能在 0C-100C 范圍內(nèi)設(shè)定控制水溫2.靜態(tài)控制精度為0.4C3.具有較好的快速性和較小的超調(diào)4.能實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)本次設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的主要功能：通過相應(yīng)的溫度傳感器采集溫度信號(hào)，并把它們傳送到微機(jī)上，來完成溫度數(shù)據(jù)的采集控制實(shí)時(shí)顯示等功能。為了既能完成本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，又能跟上當(dāng)今日新月異的溫度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展潮流，本系統(tǒng)的硬件部分做了如下選擇：以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）TMS320F240 為中央處理單元；溫度信號(hào)的采集是由溫度傳感器 DS1820，有 HD7279A 以及 LED 顯示器作為顯示電路，完成顯示工作； 2第二章第二章 方案論證方案論證本題目是設(shè)計(jì)一個(gè)水溫控制系統(tǒng)，要求能在 0C-100C 范圍內(nèi)設(shè)定控制水溫，控溫精度為0.4C，并具有較好的快速性和較小的超調(diào)，以及顯示功能。前向通道（測(cè)量部分）：主控制器：方案一：此方案采用 89C51 單片機(jī)6實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程自用度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制，但是 89C51 需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器來滿足數(shù)據(jù)采樣，對(duì)外圍電路來說，比較復(fù)雜。另外，由于 89C51 的信號(hào)實(shí)時(shí)處理能力有限，不能較好的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的精度要求。方案二：此方案采用 TMS320F240 DSP 實(shí)現(xiàn)。本方案的主要優(yōu)點(diǎn)：1.速度快，執(zhí)行速度達(dá)到 20MIPS，幾乎所有的指令可以在 50s 的單周期內(nèi)完成，如此高的性能非常適合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。2.硬件結(jié)構(gòu)簡單，DSP 片內(nèi)具有十位 A/D 轉(zhuǎn)換器，不需要外接 A/D 轉(zhuǎn)換器，并且還具有豐富的可編程多路復(fù)用 I/O 引腳。3.軟件編程靈活，可采用 C 語言與匯編語言混合編程所以根據(jù)實(shí)際需要我們選擇了定點(diǎn)型的 DSP 芯片。鍵盤顯示部分：HD7279A 是一種管理鍵盤和 LED 顯示器的專用智能控制芯片。HD7279A 內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受 BCD 碼或者 16 進(jìn)制碼，同時(shí)具有 2 種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。它能對(duì) 8 位共陰極 LED 顯示器或 64 個(gè) LED 發(fā)光管進(jìn)行管理和驅(qū)動(dòng)，同時(shí)能對(duì)多達(dá) 8 * 8 的鍵盤矩陣的按鍵情況進(jìn)行監(jiān)視，具有自動(dòng)消除鍵抖動(dòng)并識(shí)別按鍵代碼的功能，從而可以提高 CPU 工作的效率，HD7279A 和微處理器之間采用串行接口，其接口電路和外圍設(shè)備簡單，占用口線少，加之它具有較高的性能價(jià)格比，而其它芯片如 8255 等沒有自動(dòng)消抖等功能，有較高的性能價(jià)格比，因此，在微型控制器，智能儀表，控制面板和家用電器等領(lǐng)域中日益獲得廣泛的應(yīng)用，所以采用 HD7279。傳感器：方案一：在過去的測(cè)溫系統(tǒng)中，通常采用 AD590 是已作過校正的二端溫度傳感器，具有一定的測(cè)量精度，但是 AD590 是模擬器件，硬件電路設(shè)計(jì)與測(cè)試復(fù)雜，在整個(gè)測(cè)溫段線形不是很好，所以很難滿足任務(wù)書的0.3的要求。方案二：在本系統(tǒng)中，采用 DS1820 溫度傳感器。DS1820 溫度傳感器特性如下：3（1）獨(dú)特的單線接口方式，DS1820 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS1820 的雙向通訊。（2）DS1820 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS1820 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（3）DS1820 在使用中不需要任何外圍元件。（4）測(cè)溫范圍-55+255，固有測(cè)溫分辨率 0.5。 （5）測(cè)量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行發(fā)送。選用 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器，無需任何外圍電路即可實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)，硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試簡單方便，DS18B20 片內(nèi)具有自校正功能，絕對(duì)精度高，最高可達(dá)到0.01，能夠滿足任務(wù)書的要求。后向通道：繼電器/加熱爐：通過光電偶合器來控制繼電器的開關(guān)來完成對(duì)加熱爐的控制，由于故態(tài)繼電器是由故態(tài)元件組成的無觸電開關(guān)器件。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它比電磁繼電器電器工作可靠，壽命長，對(duì)外干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開關(guān)速度快，使用方便。故態(tài)繼電器不僅實(shí)現(xiàn)了小信號(hào)對(duì)大電流功率負(fù)載的開關(guān)控制，而且還具有隔離功能。4第三章第三章 硬件部分設(shè)計(jì)硬件部分設(shè)計(jì)本章介紹水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的各硬件電路設(shè)計(jì)。以高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）如圖 3-1 TMS320F240 為中央處理單元，配以極少的外圍電路構(gòu)成了檢測(cè)器的核心控制部件。其中包括主控制器、主控制器片上擴(kuò)展、前向通道（溫度傳感器 DS1820 2） 、后向通道（驅(qū)動(dòng)部分） 、人機(jī)接口（鍵盤與顯示12）等。圖 3-1 系統(tǒng)硬件框圖3. 1 主控制器的設(shè)計(jì)一、芯片發(fā)展介紹數(shù)字信號(hào)處理2（Digital Signal Processing, DSP）或者說對(duì)信號(hào)的數(shù)字處理(包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估計(jì)、壓縮及識(shí)別等)，是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20 世紀(jì) 60 年代以來，隨著計(jì)算機(jī)、大規(guī)模集成電路(LSI)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)以及微處理器等技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并得到迅速的發(fā)展。在過去近 40 年的時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已在各個(gè)領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理的理論基礎(chǔ)涉及廣泛。例如，數(shù)學(xué)領(lǐng)域的微積分、概率統(tǒng)計(jì)、復(fù)變函數(shù)、線性代數(shù)、泛函分析、隨機(jī)過程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號(hào)處理的基本分析工具。同時(shí)，它與網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關(guān)。近年來，一些新興的學(xué)科如人工智能、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最優(yōu)控制、模糊控制、故障理論等都與數(shù)字信號(hào)處理密不可分?？梢哉f，數(shù)字信號(hào)處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)，同時(shí)，又使自己成為一系列新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、雷達(dá)、遙感、語音合成、圖像處理、電動(dòng)機(jī)及運(yùn)動(dòng)控制、測(cè)量與數(shù)字控制、高清晰度電視、數(shù)字音響、多媒體技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程及機(jī)器人控制等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字時(shí)代的到來，其研究DSPTMS320F240HD7279A鍵盤顯示I/O驅(qū)動(dòng)電路RAMDS1820加熱器5范圍和應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷地發(fā)展和擴(kuò)大。目前，數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法一般有以下幾種：（一） 、在通用計(jì)算機(jī)（如 PC 機(jī)）上用高級(jí)語音編程實(shí)現(xiàn)。（二） 、在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處理機(jī)實(shí)現(xiàn)。（三） 、用通用微處理器或單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。（四） 、用專用 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)。（五） 、用通用可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)。典型的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)如圖 3-1 所示。其中，輸入信號(hào)可以是語音、電流、電壓、溫度等模擬信號(hào)；輸入信號(hào)經(jīng)模擬數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換（A/D）以后，送入數(shù)字信號(hào)處理部分進(jìn)行處理，此數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)可采用以上任意一種方法，最后，經(jīng)過處理的信號(hào)經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換（D/A） ，內(nèi)插、平滑、濾波等處理后輸出模擬信號(hào)。 應(yīng)該注意的是，不是所有的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)都具有如圖 3-1 所示的結(jié)構(gòu)，如有些系統(tǒng)只需輸出數(shù)字信號(hào)，就不需要 D/A 變換了；有些系統(tǒng)的輸入信號(hào)就是數(shù)字信號(hào)，也就不需要 A/D 變換了。對(duì)于純數(shù)字系統(tǒng)來說，只需要上述的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)部分即可。在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，雖然可選用任何一種數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法，但由于數(shù)字信號(hào)處理算法一般較復(fù)雜，且系統(tǒng)對(duì)處理的實(shí)時(shí)性要求較高，因此，直到 20 世紀(jì) 70 年代末世界上第一片單片可編程 DSP 芯片誕生之前，數(shù)字信號(hào)處理的研究主要集中在理論和算法模擬方面。真正實(shí)用的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)并不多見。DSP 芯片的問世彌補(bǔ)了這個(gè)不足，從此，數(shù)字信號(hào)處理的理論研究結(jié)果被廣泛應(yīng)用到低成本的實(shí)際系統(tǒng)中，并且推動(dòng)了新的理論和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，可以毫不夸張地說，DSP 芯片的誕生及發(fā)展對(duì)近 20 年來的通信、計(jì)算機(jī)控制等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展起到了十分重要的作用。 二 芯片特點(diǎn)基于上述考慮，TI 公司推出了 TMS320X24X 系列 DSP 控制器，作為一種專門面向數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的通用可編程微處理器。DSP 控制器既集成了極強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理能力，又集成了數(shù)字控制系統(tǒng)所必須的輸入、輸出、A/D 轉(zhuǎn)換、事件捕捉等外設(shè)設(shè)備，其時(shí)鐘頻率在 20MHZ 以上，指令周期小于 50ns，采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，在一個(gè)指令周期內(nèi)可以執(zhí)行幾條指令。DSP 控制器能實(shí)時(shí)完成系統(tǒng)絕大多數(shù)的功能。大多數(shù)指令為單周期多功能，如 MAC 指令就是在一個(gè)周期內(nèi)完成乘法和加法運(yùn)算。與普通的微控制器相比，其處理能力更強(qiáng)，能夠在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更為理想的控制策略，性能價(jià)格比較高。TMS320X24X 系列 DSP 控制器是 TI 公司推出的專為數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高速微處理器，它繼承了數(shù)字信號(hào)處理器運(yùn)算速度快、信號(hào)實(shí)時(shí)處理的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于它面向數(shù)字控制系統(tǒng)，使得它能夠運(yùn)行復(fù)雜控制算法。如自適應(yīng)濾波，功率因素校正，F(xiàn)FT 算法以及繁重的矢量變換信號(hào)處理任務(wù)。專門為實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制系統(tǒng)（包括6運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等）而設(shè)計(jì)的芯片結(jié)構(gòu)大大簡化了目標(biāo)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，節(jié)省了目標(biāo)系統(tǒng)的成本。由于 TMS320X24X 系列 DSP 控制器的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得它越來越受到人們的重視。在進(jìn)一步討論該系列芯片的內(nèi)部詳細(xì)結(jié)構(gòu)和工作原理之前，首先對(duì)其在共同特點(diǎn)做一個(gè)總結(jié)：（一） 在 X24X 系列 DSP 控制器中的 CPU 包含 32 位中央算術(shù)邏輯單元，32 位累加器，16 位16 位并行硬件乘法器，并帶有 32 位的結(jié)果寄存器，3 個(gè)定標(biāo)移位器和 8 個(gè)輔助寄存器。（二）一般來說，典型的 DSP 控制器具有片上 544 千字 DARAM，16 千字的程序ROM 或 FLASH EEPROM，最大可尋址空間為 224 千字，帶有軟件等待狀態(tài)產(chǎn)生器的外部存儲(chǔ)器接口可實(shí)現(xiàn)與各種類型外部存儲(chǔ)器的接口。根據(jù)器件型號(hào)的不同，存儲(chǔ)空間大小也各不相同。（三） 4 級(jí)流水線，8 級(jí)硬件堆棧，6 個(gè)外部中斷。（四） 源代碼與 C1X、C2X、C2XX、C5X 系列 DSP 芯片兼容，具有單周期乘加，單指令重復(fù)，存儲(chǔ)器塊移動(dòng)指令，支持位反轉(zhuǎn)尋址和索引尋址。（五） 采用靜態(tài) CMOS 工藝技術(shù)，4 種低功耗操作模式可進(jìn)一步節(jié)電。（六） 單指令周期小于 50ns，絕大多數(shù)指令可在單周期內(nèi)完成。（七） 片上集成事件管理器，ADC，20 個(gè)可編程復(fù)用 I/O 引腳，鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器，具有完時(shí)中斷的看門狗電路，串行通信接口，串行外設(shè)接口等功能外設(shè)，片上外設(shè)的配置與具體的器件型號(hào)相關(guān)。（八）多種封裝形式。三 芯片組成（一）中央處理單元為了得到較高的處理能力，在 X24X 系列 DSP 控制器中采用了幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)來提高芯片的性能。首先，利用深亞微米 CMOS 工藝制造，功耗極低，同時(shí)采用改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，使用獨(dú)立的總線來訪問程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；另外，通過片上外設(shè)總線和外部總線接口，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)大量不同功能的片上外設(shè)的支持，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部存儲(chǔ)空間，外部 I/O 空間的訪問。X24X 系列 DSP 控制器的指令執(zhí)行速度為 20-40MIPS（兆條指令/秒）幾乎所有的指令都可在 25-50ns 的單周期內(nèi)完成；同時(shí)，基于 X24X 系列 DSP 控制器內(nèi)部的并行總線結(jié)構(gòu)，采用了四級(jí)流水線技術(shù)來進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。針對(duì)信號(hào)處理運(yùn)算的特點(diǎn)，在 X24X 系列 DSP 控制器的內(nèi)核 CPU 中建立了一些特殊的功能單元，如16 位16 位硬件乘法器，32 位累加器，輔助寄存器組等，這些都進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力。有關(guān) F/C24X 系列 DSP 控制器的體系結(jié)構(gòu)，需要說明以下兩點(diǎn)：71、整個(gè) F/C24X 系列器件中，CPU 結(jié)構(gòu)是相同的。2、不同的器件具有不同數(shù)量的 PWM 通道，A/D 輸入通道，片上存儲(chǔ)單元，外設(shè)功能模塊。在 X24X 系列 DSP 控制器中,中央處理單元(CPU)主要由輸入定標(biāo)單元、中央算術(shù)邏輯單元、乘積單元、輔助寄存器算術(shù)單元和一些狀態(tài)配置寄存器組成。(1) 輸入定標(biāo)單元32 位輸入數(shù)據(jù)定標(biāo)移位器(簡稱為輸入移位器)，其主要功能是對(duì)來自數(shù)據(jù)或程序存儲(chǔ)器的 16 位數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，然后選至 32 位的中央算術(shù)邏輯單元(CALU)。(2) 乘積單元數(shù)字信號(hào)處理方面的算法主要由乘加運(yùn)算構(gòu)成。在常用的微處理器芯片(如AT89C52)等中，一般采用軟件子程序來實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，因而限制了該類芯片在實(shí)時(shí)信號(hào)處理中的應(yīng)用。X24X 系列 DSP 控制器將 DSP 內(nèi)核與實(shí)現(xiàn)控制功能的外設(shè)集成于單一芯片中，在實(shí)現(xiàn)控制功能的同時(shí)，利用 DSP 內(nèi)核中的 16 位16 位乘法單元，可高速執(zhí)行乘法運(yùn)算,在單機(jī)器周期內(nèi)產(chǎn)生帶符號(hào)或無符號(hào)的 32 位乘積。乘積單元主要包括以下部件：(a) 16 位臨時(shí)寄存器(TREG),用于保存一個(gè)乘數(shù)。(b) 16 位16 位的硬件乘法器(Multiplier)，執(zhí)行乘法運(yùn)算。(c) 32 位乘積寄存器(PREG)，存儲(chǔ)乘法運(yùn)算的結(jié)果。(d) 乘積定標(biāo)移位器，在 PREG 的值送至 CALU 之前，對(duì)乘法運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行移位操作。16 位16 的硬件乘法器可以在單機(jī)器周期內(nèi)產(chǎn)生帶符號(hào)或無符號(hào)的 32 位結(jié)果。在硬件乘法器中進(jìn)行運(yùn)算的兩個(gè) 16 位值都被認(rèn)為具有二進(jìn)制補(bǔ)碼格式（除了執(zhí)行由無符號(hào)乘法指令（MPYO）所調(diào)用的無符號(hào)乘法操作） 。8ROMDARAM(B0)(B1/B2)程序控制器指令寄存器輔助寄存器乘器法器JTAG 測(cè)試/仿真接口外部存儲(chǔ)器接口軟件等待狀態(tài)發(fā)生器累加器存儲(chǔ)器映象寄存器移位時(shí)鐘模塊系統(tǒng)接口模塊通用定時(shí)器狀態(tài)/控制寄存器輔助寄存器算術(shù)單元暫存乘積雙 10 位AD 轉(zhuǎn)換器串行外設(shè)接口串行通信接口看門狗定時(shí)器CAN 模塊算術(shù)邏輯單元輸入數(shù)據(jù)移位器輸出移位器事件管理器9圖 3-2 X24X 系列 DSP 控制器結(jié)構(gòu)框圖硬件乘法器的兩個(gè) 16 位輸入分別來自：(1) 16 位暫時(shí)寄存器(TREG)在執(zhí)行乘法運(yùn)算以前，TREG 從數(shù)據(jù)讀總線(DRDB)裝入一個(gè)數(shù)據(jù)值作為乘數(shù)之一。(2)來自數(shù)據(jù)讀總線(DRDB)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或來自程序讀總線(PRDB)的程序存儲(chǔ)器。中央算術(shù)邏輯單元X24X 系列 DSP 控制器的中央算術(shù)邏輯單元主要包括以下部分：(1) 中央算術(shù)邏輯單元(CALU)。實(shí)現(xiàn)大范圍的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。(2) 32 位累加器(ACC)。ACC 的輸入來自 CALU 的輸出，可在進(jìn)位位(C)的協(xié)助下對(duì)ACC 中的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)移位操作。(3) 輸出移位器。累加器的高位字或低位字在送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)以前，輸出移位器可對(duì)高位字或低位字的復(fù)制進(jìn)行移位。中央算術(shù)邏輯單元(CALU)可實(shí)現(xiàn) DSP 內(nèi)核中大多數(shù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，如 16 位加法、16 位減法、布爾邏輯運(yùn)算和位測(cè)試、移位和旋轉(zhuǎn)等。完成這些運(yùn)算只需要一個(gè)時(shí)鐘周期。由于 CALU 可以實(shí)現(xiàn)布爾運(yùn)算，從而用戶可以用 X24X 控制器進(jìn)行位處理，一般而言，CALU 使用累加器來進(jìn)行位移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。CALU 有兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，一個(gè)輸入通常由 32 位累加器提供，另一個(gè)輸入來自乘積定標(biāo)移位器的輸出或輸入數(shù)據(jù)定標(biāo)移位器的輸出。當(dāng) CALU 中的運(yùn)算完成后，其結(jié)果就被送入累加器中，并在累加器中執(zhí)行移位或循環(huán)操作；累加器的輸出連至 32 位輸出數(shù)據(jù)定標(biāo)移位器，從而可以將累加器中的內(nèi)容復(fù)制到輸出移位器；在輸出移位器中，這個(gè)復(fù)制的高或低 16 位字可分別被移位并存入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。（二） 輔助寄存器算術(shù)單元X24X 系列 DSP 控制器的 CPU 中包含一個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元(ARAU)，該算術(shù)單元完全獨(dú)立于中央算術(shù)邏輯單元(CALU)。ARAU 的主要功能是在 8 個(gè)輔助寄存器(AR7-AR0)上執(zhí)行以尋址為主要任務(wù)的無符號(hào) 16 位算術(shù)運(yùn)算，這種運(yùn)算可與 CALU 中進(jìn)行的運(yùn)算并行執(zhí)行。在 X24X 中，8 個(gè)輔助寄存器(AR7-AR0)提供了靈活而強(qiáng)大的間接尋址能力。使用包含在任一輔助寄存器中的 16 位地址，可訪問 X24X 系列 DSP 控制器的 64 千字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間中的任意存儲(chǔ)單元，為選擇一個(gè)特定的輔助寄存器以完成尋址的任務(wù)，需向位于狀態(tài)寄存器(ST0)中的 3 位輔助寄存器指針(ARP)寫入 0-7 范圍內(nèi)的數(shù)值。由 ARP 所指定的輔助寄存器被稱作當(dāng)前輔助寄存器或當(dāng)前 AR 在指令執(zhí)行過程中，當(dāng)前輔助寄存器中包含了被訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元的地址。若指令需要從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單10元中讀數(shù)據(jù)，ARAU 將該地址送至數(shù)據(jù)讀地址總線(DRAB)；若指令需要向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元寫入數(shù)據(jù)，則 ARAU 將該地址送至數(shù)據(jù)寫地址總線(DWAB)，當(dāng)指令使用完該地址數(shù)據(jù)值后，當(dāng)前輔助寄存器的內(nèi)容可以被 ARAU 修改。ARP 的值可通過 MAR 指令(修改輔助寄存器和 ARP 的值)或 LST 指令(通過數(shù)據(jù)讀總線將某數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的值寫入狀態(tài)寄存器（ST0）來修改，也可以通過任何支持間接尋址的指令把修改 ARP 作為輔助操作來執(zhí)行。一般來說，ARAU 主要執(zhí)行下列操作：1 通過執(zhí)行任何一條支持間接尋址的指令將當(dāng)前輔助寄存器的值增 1 或減 1，或者增加或減少一個(gè)變址值。2 將一個(gè) 8 位常數(shù)值加至當(dāng)前輔助寄存器(ADRK 指令)或從當(dāng)前輔助寄存器值中減去一個(gè) 8 位常數(shù)(SBRK 指令)。3 執(zhí)行指令 CMPR，比較 ARD 和當(dāng)前 AR 的內(nèi)容，然后根據(jù)比較結(jié)果設(shè)置狀態(tài)寄存器(ST1)中的測(cè)試/控制位 TC。通常，在四級(jí)流水線的譯碼階段（即指令所指明的操作正被譯碼時(shí)） ，ARAU 執(zhí)行其算術(shù)運(yùn)算，這使得在下一條指令進(jìn)入譯碼階段之前能夠產(chǎn)生本條指令的地址，然而，在處理 NORM 指令時(shí),卻是在流水線的執(zhí)行階段中完成對(duì)當(dāng)前輔助寄存器和 ARP的修改。ARAU 中的輔助寄存器組除了被用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的間接尋址指針外，還可以用于其他目的。例如，通過 CMPR 指令，利用輔助寄存器來實(shí)現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移，調(diào)用和返回操作；使用 LAR 指令向輔助寄存器裝入數(shù)值，以及用 SAR 指令將輔助寄存器值存至適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，從而將輔助寄存器用作臨時(shí)存儲(chǔ)；將輔助寄存器用作軟件計(jì)數(shù)器，根據(jù)需要將其值增加或減少。（三） 狀態(tài)寄存器X24X 系列 DSP 控制器的內(nèi)核中有 2 個(gè)狀態(tài)寄存器ST0 和 ST1,它們含有各種用于 CPU 正常操作所需的狀態(tài)和控制位。X24X 控制器的指令系統(tǒng)提供了供用戶人為設(shè)置,修改,保存狀態(tài)寄存器的指令。例如，使用 LST 指令（裝載狀態(tài)寄存器）和 SST 指令（將狀態(tài)寄存器的值保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器） 。2 個(gè)狀態(tài)寄存器的內(nèi)容可以被保存至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器加載；SETC（設(shè)置指定位）和 CLRC 指令（清除指定位）可以設(shè)置和清除兩個(gè)寄存器中的許多位。狀態(tài)寄存器允許用戶訪問的特點(diǎn)為 X24X 系統(tǒng)的中斷處理或子程序調(diào)用時(shí)處理器運(yùn)行狀態(tài)的保存和安全恢復(fù)帶來了方便。（四）內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)X24X 系列 DSP 控制器的核心是以 C2XLP ASIC 核為基礎(chǔ)的 C2XXDSP 核。C2XX 核包括 6 組獨(dú)立的 16 位內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)總線。它們分別為：1PAB，數(shù)據(jù)讀地址總線，提供對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間進(jìn)行讀訪問的地址。112 DRAB,數(shù)據(jù)讀地址總線,提供對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間進(jìn)行讀訪問的地址。3 DWAB，數(shù)據(jù)寫地址總線，提供對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間進(jìn)行寫訪問的地址。4 PRDB，程序讀總線，用于傳遞從內(nèi)部程序空間到 CPU 的指令代碼立即數(shù)和表信息。5 DRDB,數(shù)據(jù)讀總線，用于傳遞從內(nèi)部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間到中央算術(shù)邏輯單元(CALU)和輔助寄存器算術(shù)單元(ARAU)的數(shù)據(jù)6DWEB，數(shù)據(jù)寫總線，用于傳遞寫到數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間和程序存儲(chǔ)空間的數(shù)據(jù)。（五）流水線操作為進(jìn)一步提高芯片的性能，X24X 系列 DSP 控制器使用了指令流水線操作技術(shù)。指令流水線由發(fā)生在指令執(zhí)行期間的一系列總線操作序列組成。X24X 的指令流水線具有 4 個(gè)獨(dú)立的階段：1 取指令(Fetch)2 指令譯碼(Decode)3 取操作數(shù)(Operand)4 指令執(zhí)行(Execute)由于上述 4 個(gè)階段是獨(dú)立的，所以這些操作可以重疊進(jìn)行。因此，在任何給定的時(shí)鐘周期內(nèi)，可以有 1-4 條不同的指令被激活，而每條指令處于不同的執(zhí)行階段。四 系統(tǒng)配置和中斷服務(wù)在 X24X 系列 DSP 控制器中，系統(tǒng)配置寄存器的存在使得用戶可以對(duì)整個(gè)控制器的狀態(tài)，性能參數(shù)等有一個(gè)總體了解，它提供了 DSP 內(nèi)核和片上某些外設(shè)的軟件控制和狀態(tài)信息。用戶在使用 DSP 控制器進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，必須先正確地初始化這些系統(tǒng)配置寄存器。中斷使 DSP 控制器的 CPU 具有對(duì)外界異步事件的處理能力。通常 DSP 工作在包含多個(gè)外界異步事件的環(huán)境中，當(dāng)這些事件發(fā)生時(shí)，CPU 執(zhí)行這些事件所要求的處理任務(wù)，中斷就是要求 DSP 控制器的 CPU 暫停當(dāng)前正在進(jìn)行的工作，轉(zhuǎn)而去處理這些外界事件，等處理完以后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù) CPU 原先的工作。很顯然，服務(wù)一個(gè)由外界異步事件引起的中斷包括保存 CPU 的當(dāng)前處理數(shù)據(jù)（也稱為保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)） ，完成特定的中斷任務(wù)。恢復(fù)各寄存器中的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)，返回繼續(xù)執(zhí)行原先的工作。一般把產(chǎn)生異步事件，請(qǐng)求 CPU 中斷的設(shè)備稱為中斷源。這些中斷源可以是片內(nèi)的，如片上外設(shè)電路等。也可以是片外的如芯片外接的其他處理器等，當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU 要判斷各個(gè)中斷源的級(jí)別，優(yōu)先響應(yīng)級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求。五 存儲(chǔ)器12為了進(jìn)一步加快數(shù)據(jù)的處理，X24X 系列 DSP 控制器中包含了下列大小，存取進(jìn)度和類型各不相同的片內(nèi)存儲(chǔ)器：(一) 雙口 RAM (DARAM)(二) 單口 RAM (SARAM)(三) FLASH EEPROM 或 2 個(gè)掩膜 ROM 為了滿足設(shè)計(jì)者對(duì)存儲(chǔ)空間的更多需求，該系列的一些芯片還提供了外部存儲(chǔ)器接口（EMIF） 。用來實(shí)現(xiàn)對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問。根據(jù)用途的不同，X24X 的整個(gè)存儲(chǔ)空間一般可分為以下 4 個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)空間：1 程序存儲(chǔ)空間(64 千字)2 局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間(64 千字)3 全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)空間(32 千字)4輸入/輸出訪問空間(64 千字)對(duì)于各類存儲(chǔ)子空間，每一個(gè) X24X 器件內(nèi)部都有對(duì)應(yīng)的 16 位地址總線，從而使 CPU 可以并行訪問位于不同存儲(chǔ)空間中的地址單元。3. 2 DSP 的片上外設(shè)一 數(shù)字 I/O 端口在 X24X 系統(tǒng)中,數(shù)字 I/0 端口模塊為控制專用 I/O 引腳和一些復(fù)用引腳的功能提供了一種靈活的方式，用戶可以通過該模塊內(nèi)的 8 個(gè) 16 位控制寄存器對(duì)片上所有I/O 引腳和復(fù)用引腳的功能進(jìn)行控制，這些寄存器分成 3 類：（一）輸出控制寄存器。用于直接控制專用輸出引腳或復(fù)用功能引腳，或者執(zhí)行一些內(nèi)部芯片控制功能。（二）輸入狀態(tài)寄存器。用于直接監(jiān)視專用輸出引腳或復(fù)用功能引腳的狀態(tài)，或者用作監(jiān)視芯片事件或條件的狀態(tài)。（三）數(shù)據(jù)和方向控制寄存器，用來控制雙向 I/O 引腳上的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)方向。這些寄存器直接與雙向 I/O 引腳相連接。數(shù)字 I/O 端口模塊最多可實(shí)現(xiàn)對(duì) 32 個(gè)輸出/內(nèi)部控制功能。32 輸入/內(nèi)部狀態(tài)功能及 32 個(gè)雙向 I/O 引腳功能的監(jiān)控。事實(shí)上，根據(jù) X24X 系列器件出廠配置的不同，可用的數(shù)字 I/O 引腳的個(gè)數(shù)，引腳位置是否復(fù)用，命名習(xí)慣和控制寄存器的個(gè)數(shù)，位置等都不相同。具體使用時(shí)，應(yīng)參考相應(yīng)的器件手冊(cè)。二 看門狗/實(shí)時(shí)中斷模塊在 X24X 系列 DSP 控制器中，看門狗（WATCH DOG）/實(shí)時(shí)中斷（REAL TIME INTERRUPT）模塊用來監(jiān)控系統(tǒng)軟件和硬件的操作，它可以按照用戶設(shè)定的時(shí)間間隔產(chǎn)生中斷。如果軟件的執(zhí)行進(jìn)入一個(gè)不正確的循環(huán)或者 CPU 的運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，看13門狗計(jì)數(shù)器就產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位使系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)定義狀態(tài)。系統(tǒng)中的絕大多數(shù)異常狀況都能通過看門狗的操作進(jìn)行清除，因此，這個(gè)片上外設(shè)模塊保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和完整性。與其他模塊一樣，看門狗/定時(shí)中斷模塊直接掛在 X24X 片內(nèi)的 16 位外設(shè)總線上，由于它是一個(gè) 8 位外設(shè)，因此，在對(duì)該模塊內(nèi)部的寄存器進(jìn)行讀寫訪問時(shí)，外設(shè)總線的 15-8 位是沒有意義的?？撮T狗實(shí)時(shí)中斷模塊（WD/RTI）主要由看門狗（WD）定時(shí)器邏輯和實(shí)時(shí)中斷（RTI）定時(shí)器邏輯兩部分組成。其中，WD 定時(shí)器邏輯包括：（一）位 WD 計(jì)數(shù)器，在數(shù)據(jù)上溢時(shí)可產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。（二）7 位自由運(yùn)行（Free Running）計(jì)數(shù)器，可通過 WD 計(jì)數(shù)器預(yù)定標(biāo)器實(shí)現(xiàn)WD 計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)的裝入。（三）WD 復(fù)位關(guān)鍵字寄存器（WDKEY） ，當(dāng)把正確格式的數(shù)據(jù)寫入該寄存器時(shí)，可清除 WD 計(jì)數(shù)器的內(nèi)容；如果寫入數(shù)據(jù)的格式不正確，則觸發(fā)一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位事件。（四）WD 標(biāo)志位（WDFLAG） ，用于指示 WD 定時(shí)器是否初始化了一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位事件。（五）WD 檢查位，如果 WD 定時(shí)器操作異常，就觸發(fā)一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位事件。（六）系統(tǒng)復(fù)位以后，WD 定時(shí)器的操作自動(dòng)激活。（七）WD 預(yù)定標(biāo)器。實(shí)時(shí)中斷定時(shí)器包括：（一） 實(shí)時(shí)中斷（RTI）預(yù)定標(biāo)器，用來從 8 位實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器的 4 個(gè)抽頭（tap）和 7 位自由運(yùn)行計(jì)數(shù)器的 4 個(gè)抽頭中選擇 RTI 預(yù)定標(biāo)因子。（二） 可使用中斷或輪巡操作。（三） RTI 標(biāo)志位（RTIFIAG） ，用以指示 RTI 計(jì)數(shù)器是否發(fā)生了數(shù)據(jù)溢出。在 WD/RTI 模塊內(nèi)，共有 5 個(gè)寄存器控制著整個(gè)模塊的操作。它們分別是：（一）RTI 計(jì)數(shù)器寄存器（RTICNTR） ，包含著 RTI 計(jì)數(shù)器的值。（二）WD 計(jì)數(shù)器寄存器（WDCNTR） ，包含著 WD 計(jì)數(shù)器的值。（三）WD 復(fù)位關(guān)鍵字寄存器（WDKEY） ，當(dāng) 55h 和 AA H 順序?qū)懭朐摷拇嫫鲿r(shí)，可清除 WDCNTR 的內(nèi)容。（四）RTI 控制寄存器（RTICR） ，包含了 RTI 標(biāo)志位，RTI 使能位和 RTI 預(yù)定標(biāo)因子選擇位。（五）WD 控制寄存器（WDCR） ，包含了 WD 標(biāo)志位，WD 使能位和 WD 預(yù)定標(biāo)因子選擇位。這些 8 位寄存器都被映射到 X24X 器件的片內(nèi)局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間中，訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的低 8 位有效，高 8 位忽略。三 通用定時(shí)器14事件管理器(EV)模塊中有 3 個(gè)通用定時(shí)器(GPT)。在實(shí)際應(yīng)用，這些定時(shí)器能夠用于產(chǎn)生系統(tǒng)中需要的計(jì)數(shù)信號(hào)、離散控制系統(tǒng)的采樣周期、QEP 電路、捕獲單元和比較單元中的時(shí)基等。每個(gè)通用定時(shí)器都包括：（一）一個(gè)可讀/寫的 16 位增和增/減計(jì)數(shù)器 TXCNT(X=1、2、3)。（二）一個(gè)可讀/寫的 16 位比較寄存器(可投影 Shadowed)TXCMPR(X=1、2、3)。（三）一個(gè)可讀/寫的 16 位周期寄存器(可投影)TXPR(X=1、2、3)。（四）一個(gè)可讀/寫的 16 位周期寄存器 TXCON(X=1、2、3)。（五）可用于內(nèi)部或外部時(shí)鐘輸入的可編程預(yù)定標(biāo)器。（六）控制、中斷和輸出邏輯。（七）一個(gè)通用定時(shí)器比較/PWM 輸出引腳 T*PWM/T*CMP(X=1.2.3)另外,可讀寫的控制寄存器 GPTCON 規(guī)定了所有通用定時(shí)器在遇到不同定時(shí)器事件時(shí)所應(yīng)采取的操作，并且指明了 3 個(gè)通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)方向。通用定時(shí)器(GPT)可接收以下輸入信號(hào)，這些信號(hào)主要是 GPT 運(yùn)行時(shí)所需要的時(shí)鐘：（一）接來自于 DSP 核的內(nèi)部 CPU 時(shí)鐘，具有與 CPU 時(shí)鐘相同的頻率。（二）外部時(shí)鐘輸入 TMRCLK，最大頻率是 CPU 時(shí)鐘頻率的 1/4。（三）通用定時(shí)器處于定向增/減計(jì)數(shù)模式時(shí)所需要的方向輸入信號(hào) TMRDIR。（四）復(fù)位信號(hào) RESET。當(dāng) GPT2 和 GPT3 組合起來構(gòu)成一個(gè) 32 位定時(shí)器時(shí)，GPT3 把 GPT2 的溢出信號(hào)作為輸入時(shí)鐘；當(dāng) GPT 和正交編碼脈沖(QEP)電路一起使用時(shí)，QEP 電路產(chǎn)生 GPT 所需要的時(shí)鐘和方向信號(hào)。不同的寄存器設(shè)置可以使 GPT 產(chǎn)生不同的輸出信號(hào)?？偟膩碚f，GPT 可產(chǎn)生如下輸出信號(hào)：（一）用定時(shí)器比較/PWM 輸出信號(hào)，由引腳 TXPWM/TXLMP(X=1、2、3)輸出。（二）至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(ADC)的模數(shù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。（三）至本身的比較邏輯電路或全/單比較單元模塊的下溢上溢，比較匹配和周期匹配信號(hào)。（四）計(jì)數(shù)方向指示位。15DSP TMS320F240 芯片引腳圖圖 3-3 TMS320F240 引腳圖163. 3 前向通道的設(shè)計(jì)一 概述前向通道是指 TMS320F240 對(duì)被控參數(shù)的輸入通道，包括溫度檢測(cè)元件 A/D 轉(zhuǎn)換電路等。在工業(yè)控制中，由于被控對(duì)象的參數(shù)常常是非物理量（如溫度、壓力、濕度等） ，因此如何把它們變?yōu)殡娏坎⒔?jīng)過 A/D 變換而輸入到 TMS320F240 中是每個(gè)應(yīng)用工作者必須考慮的問題。因使用 DS1820 傳感器內(nèi)部集成 A/D 轉(zhuǎn)換電路，只需將DS1820 測(cè)量轉(zhuǎn)換后的將數(shù)字信號(hào)送入主控制器處理。所以前向通道不需要其它外圍電路。二 DS1820 的應(yīng)用溫度DS1820 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了（ON-BOARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在行如一只三極管的集成電路內(nèi)，下圖為其結(jié)構(gòu)框圖。DS1820 溫度傳感器特性如下：（1）獨(dú)特的單線接口方式，DS1820 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS1820 的雙向通訊。（2）DS1820 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS1820 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（3）DS1820 在使用中不需要任何外圍元件。（4）測(cè)溫范圍-55+255，固有測(cè)溫分辨率 0.5。 （5）測(cè)量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行發(fā)送。 DS1820 測(cè)溫原理如 3-4 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置早-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法記數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此17循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。上圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線形，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。 DS1820 正常使用時(shí)的測(cè)溫分辨率為 0.5，可采取直接讀取 DS1820 內(nèi)部暫存寄存器的方法，將 DS1820 的測(cè)溫分辨率提高到 0.10.01。 DS1820 內(nèi)部暫存寄存器的分布如表 1 所示，其中第 7 字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值，第 8 字節(jié)存放的是每度所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。首先用 DS1820 提供的讀暫存寄存器指令（BEH）讀出以 0.5為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果,然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位(LSB),得到所測(cè)溫度整數(shù)部分 T 整數(shù),然后再用 BEH 指令讀取計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值 M 剩余和每度計(jì)數(shù)值 M 每度,考慮到 DS1820 測(cè)量溫度的整數(shù)部分以 0.25、0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系,實(shí)際溫度 T 實(shí)際可用下式計(jì)算得到:T 實(shí)際=(T 整數(shù)-0.25)+(M 每度-M 剩余)/M 每度表 1DS1820 暫存寄存器分布18圖 3-5 DS1820 引腳圖3.4 后向通道的設(shè)計(jì) 在水溫控制系統(tǒng)的后向通道設(shè)計(jì)部分，利用光電耦合器6和故態(tài)繼電器6來控制加熱爐加溫。故態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)通短功率型電子開關(guān)，又名故態(tài)開關(guān)，當(dāng)施加觸發(fā)信號(hào)后其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)，無信號(hào)時(shí)呈阻斷狀態(tài)。它利用了分立器件和集成器件及微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制回路（輸入端）與負(fù)載回路（輸出端）之間的電隔離及信號(hào)耦合，沒有任何可動(dòng)部件或觸電，實(shí)現(xiàn)了具有相當(dāng)于電磁繼電器一樣的功能。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，故態(tài)開關(guān)性能不斷提高，價(jià)格不斷下降，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的后向通道的應(yīng)用必定會(huì)更加廣泛。1.故態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理故態(tài)繼電器通常是一個(gè)四端組件，兩個(gè)為輸入端，兩個(gè)為輸出端。下圖為其結(jié)構(gòu)框圖它至少由三個(gè)部件組成，即輸入電路、隔離部分和輸出電路。 隔離 輸入電路 輸出電路 輸入 控制 電壓 LED圖 3-6 故態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖恒 流發(fā) 生 器零電壓 開 關(guān)光敏檢測(cè)器驅(qū)動(dòng)器抑制電路功率器件19故態(tài)繼電器有許多類型可供用戶選擇：按品種分有軍用、民用、I/O 模塊；按輸出功能分有直流型、過零型、非過零型；按隔離方式有光隔離和變壓器隔離；按封裝結(jié)構(gòu)形式分有塑封型和金屬殼全密封型故態(tài)繼電器，以及各種特殊用途的故態(tài)繼電器。1. 故態(tài)繼電器的應(yīng)用特性由于故態(tài)繼電器是由故態(tài)元件組成的無觸電開關(guān)器件。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它比電磁繼電器電器工作可靠，壽命長，對(duì)外干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開關(guān)速度快，使用方便。但在使用時(shí)考慮其應(yīng)用特性：（1） 根據(jù)產(chǎn)品的功能不同，輸出電路可接交流或直流。對(duì)交流負(fù)載的控制有過零不過零控制功能。（2） 由于故態(tài)繼電器是一種電子開關(guān)，故有一定的通態(tài)壓降和斷態(tài)電流，其數(shù)值與產(chǎn)品規(guī)格有關(guān)。（3） 負(fù)載短路易造成 SSR 的損壞，應(yīng)特別注意避免。（4） 必須考慮瞬態(tài)過電壓和斷態(tài) dV/dt 對(duì) SSR 的影響。部分 SSR 產(chǎn)品內(nèi)部已含有瞬態(tài)抑制網(wǎng)路。電源電壓 0V輸入信號(hào) 0V負(fù)載電壓 0V 直流型 過零型 非過零型 （a） （b） （c）圖 3-7 故態(tài)繼電器控制波形故態(tài)繼電器不僅實(shí)現(xiàn)了小信號(hào)對(duì)大電流功率負(fù)載的開關(guān)控制，而且還具有隔離功能。其典型應(yīng)用狀態(tài)如下：如果采用集成電路門輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于目前國產(chǎn)的 SSR 要求有 0.5mA 至 20mA的驅(qū)動(dòng)電流，最小工作電壓可達(dá) 3V。對(duì)于一般 TTL 電路，如 54/74、54H/74H 和54S/74S 等系列的門輸出可直接驅(qū)動(dòng)，而對(duì) CMOS 電路邏輯信號(hào)則應(yīng)再加緩沖驅(qū)動(dòng)器， SSR 通常都采用邏輯 1 輸入驅(qū)動(dòng)。利用故態(tài)繼電器器來控制加熱爐加溫。接在 I/O 口上的光電耦合器的通斷來控制加熱爐是否加溫。若 I/O 口送地電平20則故態(tài)繼電器工作。則有加熱爐的電路導(dǎo)通，加熱爐開始加溫。若 I/O 口送高電平，故態(tài)繼電器不工作，不能構(gòu)成通路，這時(shí)，在加熱爐的回路中，出現(xiàn)斷點(diǎn)，加熱爐沒有通上電源，所以不加溫。圖 3-8 光電耦合器引腳圖在 PA0 口的輸出端需連接一個(gè)光電耦合器，起到隔離和控制的作用。光電耦合器引腳如上圖所示。光電耦合器8是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電光電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電光電的轉(zhuǎn)換。由于光電耦合的抗干擾性比晶體管好，因此，用光電耦合器組成的邏輯電路要比晶體管可靠得多。21圖 3-9 后向通道3. 5 鍵盤與顯示電路顯示電路12由顯示芯片 HD7279A 和 LED 數(shù)碼管組成，顯示電路圖如圖 3-10 所示。HD7279A 是一種管理鍵盤和 LED 顯示器的專用智能控制芯片。HD7279A 內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受 BCD 碼或者 16 進(jìn)制碼，同時(shí)具有 2 種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。它能對(duì) 8 位共陰極 LED 顯示器或 64 個(gè) LED 發(fā)光管進(jìn)行管理和驅(qū)動(dòng)，同時(shí)能對(duì)多達(dá) 8 * 8 的鍵盤矩陣的按鍵情況進(jìn)行監(jiān)視，具有自動(dòng)消除鍵抖動(dòng)并識(shí)別按鍵代碼的功能，從而可以提高 CPU 工作的效率。HD7279A 和微處理器之間采用串行接口，其接口電路和外圍設(shè)備簡單，占用口線少，加之它具有較高的性能價(jià)格比，因此，在微型控制器，智能儀表，控制面板和家用電器等領(lǐng)域中日益獲得廣泛的應(yīng)用。3.5.1 引腳說明與接口電路7279A 的硬件電路如圖 3-10 所示，它共有 28 個(gè)引腳。 RC 引腳用于連接HD7279A 的外接振蕩元件，其典型值為 R=1.5k,C=15pF。RESET 為復(fù)位端。該端由低電平變成高電平并保持 25ms 即復(fù)位結(jié)束。通常，該端接+5V 即可。DIG0DIG7 分別為 8 個(gè) LED 管的位驅(qū)動(dòng)輸出端。SASG 分別為 LED 數(shù)碼管的 A 段G 段的輸出端。DP 為小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端。HD7279A 片內(nèi)具有驅(qū)動(dòng)電路，它可以直接驅(qū)動(dòng) 1 英吋及以下的 LED 數(shù)碼管，使外圍電路變得簡單可靠。 DIG0DIG7 和 SASG 同時(shí)還分別是 64 鍵盤的列線和行線端口，完成對(duì)鍵盤的監(jiān)視、譯碼和鍵碼的識(shí)別。在 8*8 陣列中每個(gè)鍵的鍵碼是用十六進(jìn)制表示的，可用讀鍵盤數(shù)據(jù)指令讀出，其范圍是00H3FH。 HD7279 與微處理器僅需 4 條接口線，其中 CS 為片選信號(hào)（低電平有效）22。當(dāng)微處理器訪問 HD7279A（讀鍵號(hào)或?qū)懼噶睿r(shí)，應(yīng)將片選端置為低電平。DATA為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向 HD7279A 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DATA 為輸入端；當(dāng) HD7279A 輸出鍵盤代碼時(shí)，DATA 為輸出端。CLK 為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效。KEY 為按鍵信號(hào)輸出端，在無鍵按下時(shí)為高電平；而有鍵按下時(shí)此引腳變?yōu)榈碗娖讲⑶乙恢北３值芥I釋放為止。 圖 3-10 HD7279A 硬件電路圖3.5.2 HD7279A主要特點(diǎn)及電特性1.接口，無需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng) LED2.獨(dú)立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性3.環(huán)右循環(huán)指令4.段尋址指令，方便控制獨(dú)立 LED5.鍵鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路HD7279A 的電特性表參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值電源電壓Vcc/V.4.55.05.523工作電流Icc/mA不接 LED.35工作電流Icc/mALED 全亮， ISEG=10mA.60100邏輯輸入高電平Vih/V.2.0.5.5邏輯輸入低電平Vil/V.0.0.8按鍵響應(yīng)時(shí)間Tkey/ms含去抖時(shí)間101840KEY 引腳輸入電流 Iki/mA.10KEY 引腳輸出電流 IKO/mA.73.5.3 控制指令及時(shí)序1.HD7279A 指令系統(tǒng)由 6 條純指令、7 條帶數(shù)據(jù)指令和 1 條讀鍵盤指令組成。6條純指令為： （1） 復(fù)位指令。指令代碼為 A4H，其功能為清除所有顯示，包括字符消隱屬性和閃爍屬性。 （2） 測(cè)試指令。指令代碼為 BFH，其功能為將所有的 LED 點(diǎn)亮并閃爍，可用于自檢。 （3） 左移指令。指令代碼為 A1H，其功能為將所有的顯示左移 1 位，移位后，最右位空（無顯示） ，不改變消隱和閃爍屬性。 （4） 右移指令。指令代碼為 A0H，其功能與左移指令相似，只是方向相反。 （5） 循環(huán)左移指令。指令代碼為 A3H，其功能為將所有的顯示循環(huán)左移 1 位。移位后，最左位內(nèi)容移至最右位，不改變消隱和閃爍屬性。 （6） 循環(huán)右移指令。指令代碼為 A2H，其功能與循環(huán)左移指令相似，只是方向相反。 2.帶數(shù)據(jù)指令均由雙字節(jié)組成，它們是： （1） 按方式 0 譯碼下載指令 24X X：無影響 第 1 字節(jié)為指令，其中 a2,a1,a0 代表顯示位地址： a2, a1, a07 6 5 4 3 2 1 0顯示位8 7 6 5 4 3 2 1 顯示位 8 為最高位，參見圖 1。 第 2 字節(jié)為顯示內(nèi)容，其中 DP 為小數(shù)點(diǎn)控制位，DP=1，小數(shù)點(diǎn)顯示；DP=0，小數(shù)點(diǎn)熄滅。 d3 d2 d1 d0 為數(shù)據(jù)，按方式 0 譯碼時(shí)數(shù)據(jù)和顯示的關(guān)系如下： d3 d2 d1 d0 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06HH 07H 08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH顯示內(nèi)容0 1 2 3 4 5 67 8 9 - E H L P 空（2） 按方式 1 譯碼下載指令 1 1 0 0 1 a2 a1 a0該指令和按方式 0 譯碼下載指令的含義基本相同。按方式 1 譯碼時(shí)數(shù)據(jù)和顯示的關(guān)系如下：d3 d2 d1 d0 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06HH 07H 08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH顯示內(nèi)容0 1 2 3 4 5 67 8 9 - E H L P 空 （3） 不譯碼下載指令 1 1 0 0 1 a2 a1 a0a2 a1 a0 仍為位地址，第 2 字節(jié)仍為顯示內(nèi)容，其中 DP 和 AG 分別代表小數(shù)點(diǎn)和LED 顯示器的 7 段，相應(yīng)位為 1 時(shí)，該段點(diǎn)亮；為 0 時(shí)，該段熄滅。 （4） 閃爍控制指令 1 0 0 0 1 0 0 01 0 0 00 a2 a1 a0DP X X X d3 d2 d1 d0DP X X X d3 d2 d1 d0DP A B C D E F G25該指令規(guī)定了每個(gè)數(shù)碼管的閃爍屬性。d1d8 分別對(duì)應(yīng)第 1 到第 8 個(gè)數(shù)碼管，該位為 1 不閃爍；該位為 0 閃爍。缺省狀態(tài)為所有數(shù)碼管均不閃爍。 （5）隱控制指令1 0 0 1 1 0 0 0該指令規(guī)定了每個(gè)數(shù)碼管的消隱屬性。d1d8 分別對(duì)應(yīng)第 1 到第 8 個(gè)數(shù)碼管，該位為 1 顯示；該位為 0 消隱。應(yīng)該注意的是至少要有 1 位保持顯示狀態(tài)，如果全部消隱則該命令無效。 （6） 段點(diǎn)亮指令 XX:無影響。 該指令的作用是點(diǎn)亮某個(gè) LED 數(shù)碼管中的某一段或 64 個(gè) LED 發(fā)光管中的某一個(gè)。d0d5 的范圍是 00H3FH，所對(duì)應(yīng)的段如下： 數(shù)據(jù) 00H 01H .06H 07H 08H 09H .0EH 0FH . .38H 39H .3EH 3FH段G F . A DP G F . A DP . .G F . A DP數(shù)碼管 第 1 個(gè) . .第 2 個(gè) . . .第 8 個(gè) . . （7） 關(guān)閉指令1 1 0 0 0 0 0 0XX:無影響。 該指令的作用是關(guān)閉某個(gè)數(shù)碼管中的某一段，其對(duì)應(yīng)關(guān)系同段點(diǎn)亮指令。 3.讀取鍵盤指令：0 0 0 1 0 1 0 1該指令的作用是讀取當(dāng)前的鍵盤代碼。與其他帶數(shù)據(jù)的指令不同，它的第 2 個(gè)D8 d7 d6 d5 D4 d3 d2 d1d8 d7 d6 d5 D4 d3 d2 d11 1 1 0 0 0 0 0X X d5 d4 D3 d2 d1 d0X X d5 d4 D3 d2 d1 d0D7 d6 d5 d4 D3 d2 d1 d026字節(jié)不是寫入 HD7279A 的數(shù)據(jù)，而是從 HD7279A 讀回的按鍵代碼。如前說述，當(dāng)有鍵按下時(shí)其范圍是 00H3FH；而無鍵按下時(shí)代碼是 FFH。 指令時(shí)序1. 純指令時(shí)序：微處理器發(fā)出 8 個(gè) CLK 脈沖，向 HD7279A 傳送 8 位指令。DATA引腳為高阻狀態(tài)，如圖 3-11 所示。 圖 3-11 純指令時(shí)序 2. 帶數(shù)據(jù)指令時(shí)序：微處理器發(fā)出 16 個(gè) CLK 脈沖，前 8 個(gè)向 HD7279A 傳送 8位指令；后 8 個(gè)向 HD7279A 傳送 8 位數(shù)據(jù)。DATA 引腳為高阻狀態(tài)，如圖 3-12 所示。圖 3-12 帶數(shù)據(jù)指令時(shí)序3. 讀鍵盤指令時(shí)序：微處理器發(fā)出 16 個(gè) CLK 脈沖，前 8 個(gè)向 HD7279A 傳送 8位指令， DATA 引腳為高阻狀態(tài)；后 8 個(gè)由 HD7279A 向微處理器返回 8 位按鍵代碼，DATA 引腳為輸出狀態(tài)。在最后 1 個(gè) CLK 脈沖的下降沿 DATA 引腳恢復(fù)高阻狀態(tài)，如圖 3-13 所示。 27圖 3-13 讀鍵盤指令時(shí)序3.5.4 LED數(shù)碼管在本次設(shè)計(jì)中用到的顯示器件為 LED 數(shù)碼管，這種顯示器成本低廉，配置靈活，接口方便。近年來也開始配置簡易形式的 CRT 接口，可以較方便的進(jìn)行圖形顯示。為共陰極動(dòng)態(tài)響應(yīng)。LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段 LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二級(jí)管陰極共地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二級(jí)管點(diǎn)亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。 通常的七段 LED 顯示塊中有八個(gè)發(fā)光二級(jí)管，故也有人叫做八段顯示器。其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形“8” 。一個(gè)發(fā)光二級(jí)管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。 七段顯示塊與 DSP 接口非常容易。只要將一個(gè) 8 位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，如表 1 所示。通常將控制發(fā)光二極管的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陽極與共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。LED 顯示器與顯示方式在 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中使用 LED 顯示塊構(gòu)成 N 位 LED 顯示器。圖 3-5 是 N 位 LED 顯示器的構(gòu)成原理圖。圖3-14 N位LED顯示器28七段LED的段選碼表顯示字共陰極共陽極顯示字共陰極共陽極03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HV31HCEH707HF8HY6EH91H87FH80HZFFH00H96FH90H“滅”00HFFH29A77H88HB7CH83HN 位 LED 顯示器有 N 根位選線和 8*N 根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮、暗。LED 顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。1.LED 靜態(tài)顯示方式LED 工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極接地或共陽極接+5 V；每一位的段選線(adp)與一個(gè) 8 位并行 I/O 口相連，如圖所示。該圖表示了一個(gè) 4 位靜態(tài) LED 顯示器電路，顯示器的每一位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于每一位由一個(gè) 8 位輸出口控制段選碼，故在同一時(shí)刻各位可以顯示不同的字符。N 位靜態(tài)顯示器要求有 N*8 根 I/O 口線，占用 I/O 資源較多。故在位數(shù)較多時(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。2.LED 動(dòng)態(tài)顯示方式在多位 LED 顯示時(shí)，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 I/O 口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽極分別由相應(yīng)的 I/O 口線控制。圖 2 就是一個(gè) 8 位 LED 動(dòng)態(tài)顯示器電路。八位 LED 動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè) 8 位 I/O 口。其中一個(gè)控制段選碼