DZ189SP设计的一线制汽车控制器 2分论文

DZ189SP设计的一线制汽车控制器 2分论文,dz189sp,设计,一线,汽车,控制器,论文 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。所设计的接收检测板要自行模拟发射板发出主频3.3K 的一系列 2V 的电平脉冲，在相应位置的 2V 电平脉冲变为 4V 电平脉冲，然后对接收板的输出信号进行检测，以判断接收板的好坏。接收检测板主控制器采用 TMS320F240，脉冲发射采用 DAC8562 实现，接收板信号采集使用 TMS320F240 芯片内的 AD 和外围电路 CD4051。整个接收板设计硬件简单，软件采用 c 语言设计，编程灵活。关键词：一线制汽车控制器 接收板检测 DSPExamination of Receive board of one-line of motor controllerAbstractThe examination board of receive board of one-line of motor controller regard DSP as the main controller, going together with to interface circuit to examine receive board. Receive board of one-line of motor controller receives signal of main frequency an 3.3K a series for sending out 2V or 4V electricity regular pulses from send board of one-line motor controller. Then the control relay is closed. The design of the examination board of receives board is requested imitate by oneself the send board to send out the main frequency an 3.3K a series 2 V regular pulse. On the base of 2V regular pulse foundation top adds to 4V pulse, then the output signal of receive board is sampled to judge receive board.The examination board of receives board of one-line of motor controller is adopts TMS320F240. The pulse output adopts the DAC8562. Receive board signal collecting use the TMS320LF240 of AD in the slice and CD4051. The hardware design of examination board of receives board is simple. Software design adopts the c language. Programming is easy. Keywords: one-line of motor controller Receives board examination DSP目 录摘 要第一章 绪论 1第二章 系统硬件设计 32.1 方案论证 32.1.1 设计原理 32.1.2 论证方案 32.1.3 器件选择 42.2 主控制器的选择 52.2.1 DSP发展概述及 DSP基础 52.2.2 所用芯片 TMS320F240 102.2.3系统配置和中断 112.2.4 存储器介绍 122.2.5 时钟电路设计 132.2.6 复位电路设计 162.2.7 数字I/O接口 172.3 前向通道 A/D 172.3.1 信号采集模块 172.3.2 CD4051 介绍 182.3.3 TMS320F240的 ADC模块 202.4 后向通道 D/A 222.4.1 D/A转换器 DAC8562 232.4.2 运放电路 23第三章 软件设计 253.1 前言 253.2 流程图 25长春工业大学毕业设计- 1 -第四章 结束语 28参考文献附录 程序清单第一章 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。目前，这一通讯技术的理论已完全成型，实际应用我们首选在汽车上，也就是一线制汽车控制器。应用 WZ位置码通讯技术，首先开发了 WZ32-0-1系统，它的特点是：1. 主频 3.3K，汽车操作响应时间 0.01S；2. 全车逻辑控制线只有一根，这一控制线完全实现双工特点；3. 全车没有任何过载及短路保护元器件，完全依靠线路自行控制；4. 全车不存在本系统以外的时间及逻辑控制元件；5. 全车所有主令元件由传统的符合元件变为信号元件，其通过的平均电流由安培级下降到微安级；6. 司机操作功能全部集中在方向盘上，方便了司机的操作；7. 整车成本有所下降，预计下降幅度 10%-20% 。图 1.1 控制器脉冲功能分布图目前，以上系统已经完成试车，在轻型车 CA1046L试车 25000公里，在红长春工业大学毕业设计- 2 -旗 CA7221试车 35000公里，情况良好。所以，以上产品已经由实验室阶段转入生产阶段。在原 WZ-0-1系统的基础上，又新研制出了 WZ64-0-2系统，这一系统在WZ32-0-1的基础上又增加了以下功能：1车实现自检，并显示报警信息，将故障隐患及故障点直接显示给司机，使汽车行使更加安全；2主频 由 3.3K上升到 6K，响应时间保持 0.01S；3控制点由 32点上升到 64点；以上系统的实验阶段已经结束。现在正在研制 WZ128-0-10系统，这一系统的主要特点是：可以将全车的所有模拟信号转变为 WZ信号，从而完成包括电喷，ABS,仪表在内的整车所有信号融入一线控制之中，彻底实现整车的一线制控制。长春工业大学毕业设计- 3 -第二章 系统硬件设计2.1 方案论证 设计要求：以 DSP为主控制器，设计一个检测装置。接受板接收发射板以主频 3.3K发出一系列 2V 或 4V电平的脉冲，要求控制相应的继电器动作。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。2.1.1 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。根据上述原理，接收检测板首先要模拟发射板发出 3.3K发出一系列 2V或4V的电平脉冲，在相应位置的 2V电平脉冲基础上叠加为 4V电平脉冲，然后对接收板的输出信号进行检测，以判断接收板的好坏。2.1.2 论证方案方案一：采用 89C51单片机实现。单片机软件编程自用度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。不过单片机对于外部数据的采集需另接 A/D转换来实现，导致外围电路比较复杂。 方案二：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，片内具长春工业大学毕业设计- 4 -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。2.1.3 器件选择主控制器的选择在众多的 DSP芯片种类中，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。TI 公司在 1982年成功推出启迪一代DSP芯片 TMS32010及其系列产品 TMS32011、TMS32C10/C14/C15/等，之后相继推出了第二代 DSP芯片 TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代 DSP芯片TMS32C30/C31/C32，第四代 DSP芯片 TMS32C40/C44，第五代 DSP芯片TMS32C50/C51/C52/C53以及集多个 DSP于一体的高性能 DSP芯片 TMS32C80/C82等。采用 TI公司的 TMS320LF240x芯片作为控制器。TMS320LF240x 芯片作为DSP控制器 24x系列的新成员，是 TMS320C2000平台下的一种定点 DSP芯片。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。基于上述原因，本次设计采用 TMS320F240作为控制器 存储器 CY7C199CY7C199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 20ns200ns。该芯片具有低功耗操作方式，当未选通时，芯片处于底功耗状态，这时可减少 80%以上的功耗，只需要 2伏电源供电，几十微安电流就可以保持数据不变，此性能可用于电池供电的数据掉电保护操作。AD转换 DAC8562长春工业大学毕业设计- 5 -目前，在测试和控制领域中，大量地使用了数据采集系统，而且位数更多、速度更快、精度更高的 D/A转换器件不断出现。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。此外，由于 DAC8562器件内部带有激光制作的精密晶片电阻和温度补偿电路以及 NMOS开关，因而可充分保证 DAC8562具有 12位的精度。 DAC8562其性能指标，精度要求完全符合设计要求。运放电路 LM324 设计中，运放电路主要实现电平脉冲的放大，并且，放大倍数不是很大，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。使用 LM324运放电路可实现设计要求。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。 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。在设计复位电路时，一般应从两种复位的需要去考虑，一个是上电复位；另一个是工作中的复位。在系统刚接通电源时，复位电路应处于低电平以使系统从一个初始状态开始工作：这段低电平时间应该大于系统的晶体振荡器起振时间，以便避开振荡器起振时的非线性特性对整个系统的影响：通常，共振需要 100200ms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。2.2主控制器2.2.1 DSP发展概述及 DSP基础一.什么是 DSP芯片长春工业大学毕业设计- 6 -DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP 芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的 DSP 指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP 芯片一般具有如下的一些主要特点：（一）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。（二）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。（三）片内具有快速 RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。（四）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。（五）快速的中断处理和硬件 I/O支持。（六）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。（七）可以并行执行多个操作。（八）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。与通用微处理器相比，DSP 芯片的其他通用功能相对较弱些。二.DSP 芯片的发展世界上第一个单片 DSP芯片是 1978年 AMI公司宣布的 S2811，1979 年美国Iintel公司发布的商用可编程期间 2920是 DSP芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代 DSP芯片所必须的单周期芯片。 1980年。日本 NEC公司推出的 PD7720 是第一个具有乘法器的商用 DSP 芯片。第一个采用 CMOS工艺生产浮点 DSP芯片的是日本的 Hitachi 公司，它于 1982年推出了浮点 DSP芯片。1983 年，日本的 Fujitsu公司推出的 MB8764，其指令周期为 120ns ，且具有双内部总线，从而处理的吞吐量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能的浮点 DSP芯片应是 AT&T公司于 1984年推出的 DSP32。在这么多的 DSP芯片种类中，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。TI 公司灾 982年成功推出启迪一代DSP芯片 TMS32010及其系列产品 TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相继推出了第二代 DSP芯片 TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代 DSP芯片 TMS32C30/C31/C32，第四代 DSP芯片 TMS32C40/C44，第五代 DSP芯片TMS32C50/C51/C52/C53以及集多个 DSP于一体的高性能 DSP芯片 TMS32C80/C82等。自 1980年以来，DSP 芯片得到了突飞猛进的发展，DSP 芯片的应用越来越广泛。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芯片内部关键的乘法器部件从 1980年的占模区的 40左右下降到 5以下，片内 RAM增加一个数量级以上。从制造工艺来看，1980 年采用 4 的 N沟道长春工业大学毕业设计- 7 -MOS工艺，而现在则普遍采用亚微米 CMOS工艺。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。此外，DSP 芯片的发展，是 DSP系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。三.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。（一）按基础特性分这是根据 DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类的。如果 DSP芯片在某时钟频率范围内的任何频率上能正常工作，除计算速度有变化外，没有性能的下降，这类 DSP芯片一般称之为静态 DSP芯片。如果有两种或两种以上的 DSP芯片,它们的指令集和相应的机器代码机管脚结构相互兼容,则这类 DSP芯片称之为一致性的 DSP芯片。（二）按数据格式分这是根据 DSP芯片工作的数据格式来分类的。数据以定点格式工作的 DSP芯片称之为定点 DSP芯片。以浮点格式工作的称为 DSP芯片。不同的浮点 DSP芯片所采用的浮点格式不完全一样，有的 DSP芯片采用自定义的浮点格式，有的 DSP芯片则采用 IEEE的标准浮点格式。（三）按用途分按照 DSP芯片的用途来分，可分为通用型 DSP芯片和专用型的 DSP芯片。通用型 DSP芯片适合普通的 DSP应用，如 TI公司的一系列 DSP芯片。专用型DSP芯片市为特定的 DSP运算而设计，更适合特殊的运算，如数字滤波，卷积和 FFT等。四.DSP 芯片的选择（一）设计 DSP应用系统，选择 DSP芯片时非常重要的一个环节。只有选定了DSP芯片才能进一步设计外围电路集系统的其它电路。总的来说，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。1.DSP芯片的运算速度。运算速度是 DSP芯片的一个最重要的性能指标，也是选择 DSP芯片时所需要考虑的一个主要因素。DSP 芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来衡量：（1）指令周期。就是执行一条指令所需要的时间，通常以 ns为单位。（2）MAC 时间。即一次乘法加上一次加法的时间。（3）FFT 执行时间。即运行一个 N点 FFT程序所需的时间。（4）MIPS。即每秒执行百万条指令。长春工业大学毕业设计- 8 -（5）MOPS。即每秒执行百万次操作。（6）MFLOPS。即每秒执行百万次浮点操作。（7）BOPS。即每秒执行十亿次操作。2.DSP芯片的价格。根据一个价格实际的应用情况，确定一个价格适中的 DSP芯片。3.DSP芯片的硬件资源。4.DSP芯片的运算速度。5.DSP芯片的开发工具。6.DSP 芯片的功耗。7.其它的因素，如封装的形式、质量标准、生命周期等。（二）DSP 应用系统的运算量是确定选用处理能力多大的 DSP芯片的基础。那么如何确定 DSP系统的运算量以选择 DSP芯片呢？1.按样点处理按样点处理就是 DSP算法对每一个输入样点循环一次。例如；一个采用LMS算法的 256抽头德的自适应 FIR滤波器，假定每个抽头的计算需要 3个 MAC周期，则 256抽头计算需要 256*3=768个 MAC周期。如果采样频率为 8KHz，即样点之间的间隔为 125s 的时间，DSP 芯片的 MAC周期为 200s，则 768个周期需要 153.6s 的时间，显然无法实时处理，需要选用速度更快的芯片。2.按帧处理有些数字信号处理算法不是每个输入样点循环一次，而是每隔一定的时间间隔（通常称为帧）循环一次。所以选择 DSP芯片应该比较一帧内 DSP芯片的处理能力和 DSP算法的运算量。假设 DSP芯片的指令周期为 P（ns） ，一帧的时间为（ns） ，则该 DSP芯片在一帧内所提供的最大运算量为/ P 条指令。五.DSP 芯片的基本结构（一）DSP 芯片的基本结构包括：1.哈佛结构；2.流水线操作；3.专用的硬件乘法器；4.特殊的 DSP指令；5.快速的指令周期。（二）哈佛结构哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。长春工业大学毕业设计- 9 -与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。由于程序和存储器在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠。流水线与哈佛结构相关，DSP 芯片广泛采用流水线以减少指令执行的时间，从而增强了处理器的处理能力。处理器可以并行处理二到四条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。如 2.2图所示是一个三级流水线操作的例子。图 2.2 三级流水线操作（三）专用的硬件乘法器乘法速度越快，DSP 处理器的性能越高。由于具有专用的应用乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。（四）特殊的 DSP指令 DSP芯片是采用特殊的指令。快速的指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的 DSP指令再加上集成电路的优化设计可使 DSP芯片的指令周期在 200ns以下。六.DSP 系统的特点数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部特点：（一）接口方便。DSP 系统与其它以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容，这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要容易的多。（二）编程方便。DSP 系统的可编程 DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。（三）稳定性好。DSP 系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高。（四）精度高。16 位数字系统可以达到的精度。（五）可重复性好。模拟系统的性能受元器件参数性能变化比较大，而数字系统基本上不受影响，因此数字系统便于测试，调试和大规模生产。（六）集成方便。DSP 系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。长春工业大学毕业设计- 10 -七.DSP 芯片的应用自从 DSP芯片诞生以来，DSP 芯片得到了飞速的发展。DSP 芯片高速发展，一方面得益于集成电路的发展，另一方面也得益于巨大的市场。在短短的十多年时间，DSP 芯片已经在信号处理、通信、雷达等许多领域得到广泛的应用。目前，DSP 芯片的价格也越来越低，性能价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。DSP 芯片的应用主要有：（一）信号处理-如，数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、相关运算、频谱分析、卷积等。（二）通信-如，调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回坡抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、波形产生等。（三）语音-如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音储存等。（四）图像/图形-如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等。（五）军事-如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航等。（六）仪器仪表-如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等。（七）自动控制-如引擎控制、深空、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制。（八）医疗-如助听、超声设备、诊断工具、病人监护等。（九）家用电器-如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游戏、数字电话/电视等。2.2.2 所用芯片 TMS320F240介绍 1TMS320F240 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：（1）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。（2）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。（3）中断：功率驱动保护中断，复位，NMI（不可屏蔽中断）和三个可屏蔽中断。长春工业大学毕业设计- 11 -（4）速度：50ns 指令周期（20MIPS） ，且大多数指令为单周期。（5）定时器：3 个 16位通用定时器，共有 6个可设置模式。（6）双 10位 A/D转换器。（7）28 个可单独编程的多路复用 I/O引脚。（8）串行通信接口（SCI） 。（9）基于锁相环（PLL）的时钟模块。（10）带实时中断的看门狗定时器模块。2CPUTMS320F240的中央处理单元包括：(1)32 位中央算术逻辑单元(CALU)和累加器，可实现二进制补码算术运算；(2)CALU 的输入/输出数据定标移位器，用于定标、位抽取、扩展算术运算和溢出预防操作的 32位移位器；(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；(4)辅助寄存器算术单元(ARAU)和辅助寄存器。长春工业大学毕业设计- 12 -图 2.3 TMS320F2402.2.3 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。从另一个角度讲，TMS320F240 的中断可以划分为：可屏蔽中断：仅包括硬件中断，可以通过软件屏蔽或使能。非屏蔽中断：包括所有软件中断和外部硬件中断 RS、NMl，它们不能被屏蔽。TMS320F240的中断响应过程可分为以下 3个主要阶段：1.接收中断请求：由指令启动的软件中断、来自引脚的中断请求或由片内外围器件发出的硬件中断向 CPU提出中断请求。2.响应中断：如果中断是可屏蔽的，则必须满足某种条件，TMS320F240 才进行响应。而对于非屏蔽硬件中断和软件中断来说，CPU 立即响应。3.执行中断服务程序。一旦中断被确认，TMS320F240 将迫使 CPU转移到预先确定的中断矢量地址，转人相应的中断服务子程序入门，并执行该程序。F240芯片的外部中断引脚个数因为型号的不同而有所不同，最多可有 6个外部引脚，它们的极性和大多数的优先级都可通过类型 A、B、C 中断控制寄存器进行软件编程，在本设计中用到了由片内外围设备中断。2.2.4 存储器存储器选用 CYPRESS公司生产的 CMOS静态存储器 CY7C199。 CY7C199主要性能指标为：a) 大容量 32K8bit Static RAM；b) 快速访问时间 15ns；c) 兼容 TTL电平输入输出；d) 低功耗，自动省电模式。在本系统中使用 2片 RAM用于存储数据，地址范围：8000HFFFFH，共64K8bit，则分配给每个通道的存储深度达到 64Kbit。长春工业大学毕业设计- 13 -图 2.4 CY7C199TMS320F240外扩两片 CY7C199的硬件连线图长春工业大学毕业设计- 14 -图 2.5 TMS320F240与 CY7C199的连线图2.2.5 时钟电路设计计算机系统中的时钟分为硬件时钟和软件时钟，以及绝对时钟和相对时钟。时钟可以防止系统陷入死循环，实现作业按时间片轮转运行，给出正确的时间信号，定时唤醒事件确定时间执行的事件等。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。长春工业大学毕业设计- 15 -图 2.6 晶体震荡电路F240DSP控制器的时钟系统有别于一般的微控制器，它利用接在外部总线上的锁相环时钟模块（PLL）为整个 F240控制器提供所需要的各种时钟信号，PLL是一个 8位外设。连接在外设总线上的 PLL 时钟模块为整个器件提供所需要的各种时钟信号。PLL可产生 4种不同频率的时钟：（1） CPUCLK（CPU 时钟） 。这是 PLL模块提供的最高频率时钟，CPU、所有直接挂接在 CPU总线上的存储器及外设都使用该时钟信号，外部存储器接口也使用这个时钟。片内所有其他的时钟信号都是由 CPUCLK经过分频以后得到的。（2） SYSCLK（系统时钟） 。这个时钟的频率为 CPUCLK的 1/2或 1/4。所有连至外设总线的片内外设都使用这个时钟信号。（3） ACLK（模拟时钟） 。该时钟用于模拟模块，如果使用推荐频率范围内的输入信号、CLCR1 寄存器的 CKINF位 30被正确编码，且 CPUCLK的频率为偶数 MHZ，则该时钟具有 1.0MHZ10%的额定频率。（4） WDCLK看门狗时钟。这是一个用于看门狗定时器/实时中断模块的低频率时钟，其额定频率为 16KHZ。PLL时钟模块的内部包括所有必需的控制寄存器，这些寄存器被映射至片内局部数据存储器的相关地址单元；它也包含了低功耗模式时哪个时钟信号被关闭；还包含决定当 CPU进入空闲模式时哪个时钟被关闭的低功耗方式控制位。为了实现外部时钟信号的输入，PLL 时钟信号的输入，PLL 时钟模块具有 3个与之相关的引脚，它们分别是：（1）OSCBYP。该震荡器旁路引脚用来选择片内震荡器电路是否被旁路。如果X24X使用外部时钟输入信号，则该引脚被拉低（0V） ，旁路片内震荡器电路；如果 X24X使用外部基准晶体与片内震荡器电路共同产生时钟输入信号，则该引脚应被拉高。而在这次的设计中，选用的是外接晶体震荡器，而不是片内震荡器，所以该引脚在这次设计中被接地。（2）XTAL1/CLKIN。当使用片内震荡器电路时，该震荡器输入引脚一般与一个 4、6 或 8MHZ的外部基准晶体相连；否则，它用做一个外部时钟输入引脚。长春工业大学毕业设计- 16 -这次设计中该引脚被用做一个外部时钟输入引脚。（3）XTAL2.当使用片内震荡器时，该震荡器输出引脚一般与片外的 4、6 或8MHZ基准晶体的另一端相连，否则它保持悬空。由于这次设计选用的是片外晶体震荡器，所以该引脚被悬空。而选用的晶体震荡器是 18324M，它是 20M的。由于 PLL时钟模块是一个 8位外设，因此，控制寄存器都是 8位的，当访问与这些寄存器对应的数据存储器地址单元时，总是低 8位有效。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。与其他模块一样，看门狗/实时中断模块直接挂在 X24X片内的 16位外设总线上，由于它是一个 8个外设，因此，在对该模块内部的寄存器进行读写访问时，外设总线的 158位是没有意义的。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的各位为因此 WD控制寄存器 WDCR的控制字为 01000000。以下是关于晶体震荡器的一些介绍：微波频率源是所有微波系统（如雷达、通讯、导航等）的基本微波能源。主要包括固定频率振荡器（点频振荡源）和微波频率合成器两类产品。固定频率振荡器采用锁相环技术来获得高稳定度、低相位噪声的输出信号，在通讯系统和雷达系统中作为本机振荡器得到最广泛的应用，其中包括 VCO锁相点频源、DRO锁相点频源等。石英晶体震荡器是一种高稳定的频率源，但是它们只能工作于几百兆赫范围内。在微波频率，稳定的频率源通常用石英晶体振荡器经 N次倍频来实现。介质振荡器（DRO）由于其 Q值高，尺寸小以及在微波集成电路中的良好集成能力，可直接用作确定频率的元件，以提供一种小巧、精致而不昂贵的结构来实WDFLAG WDDIS WDCHK2 WDCHK1 WDCHK0 WDPS2 WDPS1 WDPS07 6 5 4 3 2 1 0 长春工业大学毕业设计- 17 -现高稳定度，从而已被较多地用来实现低噪声和温度稳定的固定频率振荡器。晶体震荡是大家都知道的稳定度极高的信号源，但是事物总有他的两面性，稳定的信号源就意味着我们很难对他进行大频偏的频率调制，同时由于晶体只能作成一种标准的频率，并不能想 LC震荡器那样轻松的任意改变频率。2.2.6 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。在设计复位电路时，一般应从两种复位的需要去考虑，一个是上电复位；另一个是工作中的复位。在系统刚接通电源时，复位电路应处于低电平以使系统从一个初始状态开始工作：这段低电平时间应该大于系统的晶体振荡器起振时间，以便避开振荡器起振时的非线性特性对整个系统的影响：通常，共振需要 100200ms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。RC复位电路成本较低，一般情况下能够保证系统正常复位。但其功耗较大，可靠性差；当电源出现瞬态降落时由于 RC的响应速度较慢，无法产生符合要求的复位脉冲。另外电阻、电容受工作环境特别是温度的影响较大，会结复位门限值的设计带来困难。由于 DSP系统的时钟频率较高，在运行中极易产生干扰和被干扰，甚至出现掉电和死机现象，因此在 C20X应用系统中一般都不采用这种 RC复位电路，而使用性能全、价格低、可靠性高的集成自动复仿电路。图 2.7 上电复位电路图2.2.7 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长春工业大学毕业设计- 18 -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。即可以作为普通的 I/O引脚也可以做为其他功能引脚。通过编程 DSP内部的数字 I/O模块的多个控制寄存器可以指定这些共享引脚是 I/O还是功能引脚。当引脚为 I/O时，I/O 模块的控制寄存器数字方向位可以确定 I/O方向及保存读写数据。F240共有 28个 I/O共脚，这些引脚可以被分为两组：（1）专门 I/O端口，A、B、C 的数字 I/O与其他基本功能共享引脚，该组引脚有 20个，数字 I/O端口可分为 IOPA0-3、IOPB0-7、IOPC0-7。（2）模块具有内置 I/O功能。比如 SPI、SCI、外部中断和 PLL等功能引脚，同时也可以编程用做 I/O引脚，该组引脚共有 8个。每个引脚有多个位来定义其操作 8。MAX控制位：该位确定引脚是 I/O（0）还是功能引脚（1） 。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。2.3 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。图 2.8 前向通道2.3.1信号处理模块运放电路 LM324LM324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。用一台宽电压范围的电源工作，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图 1所示的符号来表示，长春工业大学毕业设计- 19 -它有 5个引出脚，其中“+” 、 “-”为两个信号输入端， “V+”、 “V-”为正、负电源端， “Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端 Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端 Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324 的引脚排列见图。 图 2.9 LM324原理图 图 2.10 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。原理简介：由于 DSP中 AD模块的电压要求在 05V之间，所以要把其 24V电压转化到05V之间，在第一个运算放大器中选用的反馈电阻为 10K，输入电阻为 60K，这样得到的运算的放大倍数为 10K/60K=1/6，因此电压就变为 1/6*24V=4V。图 2.11 信号采集放大电路2.3.2 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。长春工业大学毕业设计- 20 -图 2.12 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：图 2.13 CD4051逻辑图CD4051与 6路运放组成的信号处理模块如图 2.12长春工业大学毕业设计- 21 -图 2.14 CD4051与运放电路的连接图2.3.3 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。使用这个片内转换器，用户不必要在片外扩展同类的器件,就可以方便的将系统中的电流、电压等模拟信号输入到片内供 CPU内核进行处理。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，例如，在F240器件上共有 16个可用的模拟输入通道，每个模拟数字转换单元提供 8个输入通道。每个模拟数字转换单元的最大转换时间大约为 6.6S。模拟数字转换模块正常工作需要的基准电压有外部电源提供，小于或等于 5V的直流基准电压可通过基准电压输入引脚 VREFHI和 VREFLO得到；而引脚 VREFHI和 VREFLO必须分别连到 5V直流电源和模拟地上。片内 ADC模块具有以下特点：（1）每个模拟数字转换单元具有 8个模拟输入通道。（2）可以同时使用两个模拟数字转换单元来进行信号转换（3）每个模拟数字转换单元可连续进行转换，也可以进行单转换（4）模拟数字转换可通过用户软件、内部信号（来自事件管理器模块）或外部信号启动。（5）基准电压 VREFHI和 VREFLO可设定。（6）2 级先入先出结果寄存器，用于保存模拟信号转换后得到的数字值。长春工业大学毕业设计- 22 -（7）2 个用户可编程的模拟数字转换模块控制寄存器。（8）可编程的时钟预定标选择。（9）可使用中断后轮巡操作。在这次设计中用到了 ADC模块中的ADCIN0/IOPA0，ADCIN1/IOPA1，ADCIN6，ADCIN9/INPA2，ADCIN15。其中ADCIN0/IOPA0，ADCIN1/IOPA1，ADCIN9/IOPA2，ADCSOC/IOPC0。都用于数字I/O端口，已经在数字 I/O端口中介绍了它们的用处及如何连接，而ADCIN7，ADCIN15 分别与两个放大器相连接，在这次设计中供选用了三个运算放大器，选用的是 LM324型运算放大器。它是四通用内补偿单电源运算放大器，此系列放大器有四个独立的内部频率补偿高增益运算放大器，可用于较宽电压范围的单电源环境工作，电源电流很小，而且同电源电压无关，可用于换能放大器，直流增益单元及通常的运算放大器电路。其主要特点为：共模输入电压范围包括地电位；输入偏置电流有温度补偿；不需要两个供电电源；可以采用单一+5V 电源，同数字集成电路兼容；功耗小，可用电池供电；电源电压范围宽，单电源从+3V 到+32V，双电源从1.5V 到16V；很小的电源电流，仅700A，同电源电压无关。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。ADC引脚说明：ADC模块有 20个引脚可以与外部电路连接。其中 ADCIN0ADCIN15共 16路模拟量输入，V 和 V为模拟参考电压输入引脚。V 和 V为模拟电源引脚，引脚为 ADCSOC外部启动 ADC转换引脚，它与 IOPC0复用。ADCIN0ADCIN7 属于第一个 ADC，ADCIN8ADCIN15 属于第二个 ADC，其中ADCIN0、ADCIN1、ADCIN8、ADCIN9 四个引脚与数字 I/O（IOPA0、1、2、3）多路复用，通过编程可设定这四个引脚为数字 I/O引脚。这四个引脚的精度低于专用的模拟输入引脚 ADCIN2ADCIN7、ADCIN10ADCIN15。外部启动引脚ADCSOC也与 I/O（IOPC0）多路复用。连线时，要注意模拟电源与数字电源分开，连至 V和 V的模拟引线，应该尽可能短，以使二者正确匹配，并且采用减噪技术确保转换精度。ADC操作模式具有以下功能：长春工业大学毕业设计- 23 -（1） 可以同时采样和转换 2路模拟输入（每个 ADC单元各一个） 。（2） 每个 ADC都可以由软件单独或连续的采样/保持和转换操作。（3） 两个 ADC可以由软件指令、器件 ADCSOC引脚电平跳变、每个通用定时器的下溢、周期匹配和比较匹配事件和捕获单元 4来启动 ADC操作。（4）ADC 控制寄存器的某些位是具有映象寄存器的双级缓冲位，对这些位的写不影响正在进行的转换，因为新写入的值是先进入映象寄存器而不是直接进入工作寄存器，当前的转换结束后，ADC 会自动地将映象寄存器的内容载入工作寄存器，下一个转换就由新的配置来决定。（5）转换结束后，中断标志被置位。如果中断未被屏蔽且使能，则将产生一个中断请求。（6） 如果第三次转换完成时，CPU 还没有读 FIFO，那么第一次转换的结果将会丢失。根据以上所诉，给出如图 2.15 的前向通道的连线图图 2.15 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 6S 以保证正确转换。因此，对所有系统时钟频率，都必须有 6个 ADC时钟周期大于等于 6S，ADC 提供了一个预定标功能，保证无论 DSP时钟如何变化都可以确保 ADC保持最优性能。这样一来，通过选择合适的预定标值就可以满足上述要求。预定标值由下式决定：SYSCLK 时钟周期 TSYSCLK*预定标值*66S系统时钟周期的取值及式（1）的关系确定预定标值。2.4 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转换以及运放长春工业大学毕业设计- 24 -电路等。在后向通道中，TMS320F240 所发出的信号， 在 DAC8562接收之后将其转换所发出的以主频 3.3K发出的一系列 2V或 4V的电平脉冲，运放电路LM324对 DAC8562所输入的电平脉冲进行放大完的信号再输入接收板。图 2.12 后向通道2.4.1 D/A转换器 DAC8562众所周知，自然界产生的信号都是模拟信号（Analog signals） ，自然界能够接收的也是模拟信号；而当前人类通信、计算所使用的是数字信号（Data signals） 。将模拟信号转换成数字信号进行处理就需要 A/D转换器，将数字信号转换成模拟信号就需要 D/A转换器了。21 世纪是信息的时代，A/D、D/A 在信息收集和处理系统中起着非常关键的作用。目前，在测试和控制领域中，大量地使用了数据采集系统，而且位数更多、速度更快、精度更高的 D/A转换器件不断出现。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。此外，由于 DAC8562器件内部带有激光制作的精密晶片电阻和温度补偿电路以及 NMOS开关，因而可充分保证 DAC8562具有 12位的精度。还有一个重要特点是：DAC8562 的所有输入均与 COMS和电平兼容。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：图 2.13 DAC8562引脚图2.4.2 反相交流放大器 :长春工业大学毕业设计- 25 -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组的放大电路电路见图。此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电，由 R6、R7 组成 1/2V+偏置，放大器电压放大倍数 Av仅由外接电阻 R4、R5 决定：Av=-R5/R4。负号表示输出信号与输入信号相位相反。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长春工业大学毕业设计- 26 -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。本章主要介绍在一线制汽车控制器接收板检测软件设计部分。根据所使用开发工具的不同，软件设计可采用汇编语言、高级语言、 （C 语言） 、混合语言（C 语言和汇编语言）进行编程。使用高级语言 C进行软件开发，存在着生成的代码效率不如汇编语言高的缺点。但是，随着大容量存储器和高性能 DSP的发展，这已经不是主要问题。现在的问题是，谁能更快、更好地进行开发？另外，使用汇编语言难以用文档进行管理，也无法对代码加以保密。但是，如果使用 C编译器，则使用项目和库综合处理，可以生成不可读的代码，并且在维护方面也更加方便。就 TMS320F240 控制系统开发而言，以 TMS320F240 控制器为硬件核心的控制系统一般都是一些要求较高的系统，同时，由于 DSP 控制器本身的特点，这类系统的软件开发工作的难度要高于相应硬件系统的设计工作。因此本次设计采用 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） 。本设计中软件使用 C语言与 DSP汇编语言混合编程，整个软件程序由主程序、定时中断程序组成，采用模块化设计准则，具有功能齐全、代码直观、维护简便、便于调试等优点。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。控制器发送信号转化为脉冲后输入接受板，接受板返回 6个信号，由 CD4051选通其中一个信号进入，控制器检测完毕后，再选通另一路信号，全部检测完毕之后控制器对信号进行比较，判断，输出信号，程序结束。中断部分的设计是用来实现对接收板的检测，接收板上要被检测的信号共有 6个，而这 6个信号以 6V脉冲信号为起始点，规定其为第 0个信号，以后依次类推一直到 6个信号。长春工业大学毕业设计- 27 -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：长春工业大学毕业设计- 28 -变量定义设置 I / O 初始化设置 A / D 初始化设置看门狗锁相环 系统时钟设定中断矢量表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 + 1N = 6 ?N = 0结束NY开始主程序流程图长春工业大学毕业设计- 29 -返回程序入口设置初值设置相应点脉冲为 4 V读 A / D判断 A / D 值 设为 4 V给出错误信息中断子程序流程图 测试子程序流程图第四章 结束语长春工业大学毕业设计- 30 -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。在这里忠心的感谢谢老师和同组的同学，没有他们的帮助，这次设计凭我个人的能力是无法完成的！同时，我还要感谢我的学校，是它提供了让我学习以及实践的条件。 在这次毕业设计过程中，我学会了如何去查找资料，图书馆我查阅了有关设计中涉及到的书籍；还通过网络找到了一些芯片的用法及用途；通过与同学交流，我明白了我的毕业设计中哪些方面还存在着不足。不过，毕业设计最重要的是教会了我自己独立思考问题的能力，比如一个问题应该从什么地方入手，学习不难，难的是要找到正确的学习方法。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。所以，无论是现在学习中或是将来走上工作岗位了，我都希望能够保持在本次设计中的这种追求实践的精神。 同时，由于本人能力有限以及学业不精，文中出现一些错误疏漏也在所难免，若有不当的地方还望各位老师见谅长春工业大学毕业设计- 31 -参考文献1. 何苏勤，王忠勇。TMS320C2000 系列 DSP原理及使用技术。北京：电子工业出版社，2003，112-114。2. 杨拴科，宁改娣。DSP 控制器原理及应用。北京：科技出版社，2002.