DSP温度测量.doc
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1、沈阳理工大学信息科学与工程学院DSP课程设计报告课 程 设 计 任 务 书分院(系)信息科学与工程学院专业电子信息工程学生姓名于胜军学号0803030324设计题目基于PT100温度测量系统设计内容及要求:1.完成PT100温度转换电路设计2.使用TMS320C5509进行数据采集3.计算出温度 进度安排:2011年12月12日: 进行课程设计动员,分配课程设计题目,查阅资料12月13日 到12月22日为上机时间,12月22日验收结果12月23日写报告答疑,12月29日上午交电子档12月30日上午收课程设计报告和答辩指导教师(签字): 年 月 日分院院长(签字): 年 月 日 摘要DSP芯片是
2、一种高性能的微处理器,其技术发展大大推动了温度测量的精确度,PTloo铂电阻的阻值随温度变化而变化,利用它的这个特性来测量温度是近年来温度测量技术的研究热点.实际应用中,由于刀D不能直接对电阻信号进行采样,所以一般将电阻信号转换成电压信号再进行处理.基于DSP查表方式的PT100铂电阻测温方案设计提出一种用恒流源给PT100供电的方法,将PT100在不同温度下的电阻信号转换成电压信号,经过信号处理电路将输出电压信号控制在03.3V,DSP2407内部AD对其进行采样,对采样值进行软件低通滤波,提高测温精度。通过查采样值与温度的关系表格得温度值。关键词:DSP芯片;温度;PT100 目 录绪 论
3、11 基本原理21.1 PT100原理 21.2 C55X的CPU简介31.2.1 指令缓冲单元(I)101.2 程序流单元(P)51.2.3 地址程序单元(A)61.2.4 数据计算单元(D)63 设计方案73.1 系统框图73.2 温度信号采集电路73.3 放大电路93.4 电源电路93.5 时钟电路93.6 复位电路10结 论14参考文献15致 谢16附录 17基于PT100温度测量系统设计 绪 论21世纪是数字化的时代,随着越来越多的电子产品将数字信号处理(PSP)做为技术核心,DSP已经成为推动数字化进程的动力。作为数字化最重要的技术之一,DSP无论在其应用的深度还是广度,正在以前所
4、未有的速度向前发展。数字信号处理器,也称DSP芯片,是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器,它是现代电子技术、相结合的产物。一门主流技术,随着信息处理技术的飞速发展,计算机技术和数字信号处理技术数字信号处理技术逐渐发展成为它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用。 数字信号处理由于运算速度快,具有可编程特性和接口灵活的特点,使得它在许多电子产品的研制、开发和应用中,发挥着重要的作用。采用DSP芯片来实现数字信号处理系统是当前发展的趋势。 数字图像处理(Digital Image Processing)是指将图像信号转换成数
5、字信号并利用计算机对其进行处理的过程。图像处理中,输入的是质量低的图像,输出的是改善质量后的图像。图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。 随着计算机技术、电子技术、和通信技术的发展,数字图像压缩在计算机和便携式系统中的应用越来越广泛。数字化图像使得图像信号可以高质量地传输,并便于图像的检索、分析、处理和存储。但是数字图像的表示需要大量的数据,由于存储空间和网络带宽的限制,对图像进行存储,处理和传输之前先要对图像进行压缩。数字图像压缩是减小图像数据量,方便图像的传输、存储和处理的有效手段,研究图像压缩的实现有着其重要的现实意义。数字信号处理器(DSP)有其独特的硬件结构特别适合于数字信号处
6、理领域,大量地使用在各种便携式、实时信号处理场合。它的高速度和良好的运算性能特别适合于图像处理。1 设计原理1.1 PT100原理基本原理:PT100是电阻时温度传感器的一种,电阻式温度传感器(RTD,Resistance Temperature Detector)一种物质材料做成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称为正电阻系数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度传感器是以金属做成的,其中以铂(Pt)做成的电阻式温度检测器,最为稳定耐酸碱、不会变质、相当线性,最受工业界采用。 PT100温度传感器是一种以铂(Pt)做成
7、的电阻式温度传感器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下:R=Ro(1+T) 其中=0.00392,Ro为100(在0的电阻值),T为摄氏温度,因此铂做成的电阻式温度传感器,又称为PT100。R=100(1+0.00392T)-R-100=0.392T-T=(R-100)/0.392-T=2.551(R-100)PT100的分度值:铂热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的,按0时的电阻值R()的大小分为10欧姆(分度号为Pt10)和100欧姆(分度号为Pt100)等,测温范围均为-200850.10欧姆铂热电阻的感温原件是用较粗的铂丝绕制而成,耐温性能明显
8、优于100欧姆的铂热电阻,只要用于650以上的温区;100欧姆铂热电阻主要用于650以下的温区,虽也可用于650以上温区,但在650以上温区不允许有A级误差。100欧姆铂热电阻的的分辨率比10欧姆铂热电阻的分辨率大10倍,对二次仪表的要求相应地一个数量级,因此在650以下温区测温应尽量选用100欧姆铂热电阻。感温元件骨架的材质也是决定铂热电阻使用温区的主要因素,常见的感温元件有陶瓷元件,玻璃元件,云母元件,它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架,玻璃骨架,云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成。由于骨架材料本身的性能不同,陶瓷元件适用于850以下温区,玻璃元件适用于550以下温区。近年来市场上出现了大量的厚
9、膜和薄膜铂热电阻感温元件,厚膜铂热电阻元件是用铂浆料印刷在玻璃或陶瓷底板上,薄膜铂热电阻元件是用铂浆料溅射在玻璃或陶瓷底板上,再经光刻加工而成,这种感温元件仅适用于-70500温区,但这种感温元件用料省,可机械化大批量生产,效率高,价格便宜。PT100的结构:就结构而言,铂热电阻还可以分为工业铂热电阻和铠装铂热电阻。工业铂热电阻也叫装配铂热电阻,即是将铂热电阻感温元件焊上引线组装在一端封闭的金属管或陶瓷管内,再安装上接线盒而成;铠装铂热电阻是将铂热电阻元件,过渡引线,绝缘粉组装在不锈钢管内再经模具拉实的整体,具有坚实,抗震,可绕,线径小,使用安装方便等优点。1.2 C55X的CPU简介 C55
10、X有1条32位的程序数据总线(PB0),5条16位数据总线(BB、CB、DB、EB、FB)和1条24位的程序地址总线及5条23位地址总线,这些总线分别与CPU相连。总线通过存储单元接口(M)与外部程序总线和数据总线相连,实现CPU对外部存储器的访问。这种并行的多总线结构使CPU能在一个CPU周期内完成1次32位程序代码读、3次16位数据读和两次16位数据写。C55X根据功能的不同将CPU分为4个单元,指令缓冲单元(I)、程序流程单元(P)、地址流程单元(A)和数据计算单元(D)。读程序地址总线(PDA)上传送24位的程序代码地址,由读程序总线(PB)将32位的程序代码送入指令缓冲单元进行译码1
11、。1.2.1 指令缓冲单元(I) C55X的指令缓冲单元有指令缓冲队列IBQ和指令译码器组成。在每个CPU周期内,I单元将从程序数据接收的4B程序代码放入指令缓冲队列,指令译码器从队列中取6B程序代码,根据指令的长度可对8位、16位、24位、32位和48位的变长指令进行译码,然后把译码数据送入P单元、A单元和D单元去执行。1.2.2 程序流单元(P) 程序流程单元有程序地址产生电路和寄存器组凑成。程序流程单元产生所有程序空间的地址,并控制指令的读取顺序。程序地址产生逻辑电路的任务是产生读取空间的24位地址。一般情况下,它产生的是连续地址,如果指令要求读取非连续地址的程序代码时,程序地址产生逻辑
12、电路能够接收来自I单元的立即数和来自D单元的寄存器值,并将产生的地址传送到PAB。在P单元中使用的寄存器分为5种类型。l 程序流寄存器:包括程序计数器、返回地址寄存器和控制流程关系寄存器。l 块重复寄存器:包括块重复寄存器0和1(BRC0、BRC1)BRC1的保存寄存器(BRS1)、块重复起始地址寄存器0和1以及块重复结束地址寄存器0和1。l 单重复寄存器:包括单重复寄存器和计算单重复寄存器。l 中断寄存器:包括中断标志寄存器0和1、中断使能寄存器0和1以及调试中断使能寄存器0和1。l 状态奇存期:包括状态寄存器0,1,2和3。1.2.3 地址程序单元(A) 地址程序单元包括数据地址产生电路、
13、算术逻辑电路和寄存器组构成。 数据地址产生电路能够接收来自I单元的立即数和来自A单元的寄存器产生读取数据空间的地址。对于使用间接寻址模式的指令,有P单元向DAGEN说明采用的寻址模式。 A单元包括一个16位的算术逻辑单元,它既可以接收来自I单元的立即数也可以与存储器、I/O空间、A单元寄存器、D单元寄存器和P单元寄存器进行双向通信。 A单元包括的寄存器有以下几种类型。l 数据页寄存器:包括数据页寄存器和接口数据页寄存器;l 指针:包括系数数据指针寄存器、堆栈针寄存器和8个辅助寄存器;l 循环缓冲寄存器:包括循环缓冲大小寄存器、循环缓冲起始地址寄存器;l 临时寄存器:包括临时寄存器。1.2.4
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