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基于DSP的嵌入式温度记录仪的设计

时间：2009-01-18 22:43:55

关键字： DSP 嵌入式温度记录仪 BSP

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[导读]基于DSP TMS320F2812和USB主机接口器件SL811HST，遵循标准的USB通讯协议，设计了一种嵌入式温度记录仪。详细介绍了系统的设计方案及各个模块的硬件电路和软件实现。将采集到的温度数据以文件形式存入U盘或SD卡．便于用户分析温度数据。测试表明，该记录仪测量精度高，速度快，解决了恶劣环境下数据采集以及海量存储问题。

1 引言
温度采集与控制技术是测量、控制系统的重要组成部分．传统的模拟传感测量温度系统测量精度低、布线复杂，易受干扰．而新型单片数字式温度传感器测量精度高、抗干扰能力强，应用广泛。这里提出一种基于DSP的嵌入式温度记录仪的设计方案。该系统设计采用TMS320F2812型DSP，DS28EA00型1一Wire数字温度计为控制中心，采用带有USB接口的大容量U盘或SD卡作为存储介质，实现温度采集与数据存储。

2 系统设计方案
该系统设计主要包含DS28EA00测温、USB接口、SD卡接口、外扩RAM．TM$320F2812数字信号处理等模块。其中，TMS320F2812控制温度计DS28EA00顺序采集各测量点温度，经处理后暂存至外扩RAM，当满足特定条件后，通过USB接口将数据以文件形式存储到U盘或SD卡中，系统设计框图如图1所示。

3 系统硬件设计
3．1 DS28EA00测温模块
DS28EA00~是一款具有链路功能的l—Wire数字温度传感器，具有9～12位的分辨率，且带有用户可编程设置的非易失性温度报警阈值点。每个DS28EA00都具有工厂预先刻录的唯一64位序列号，只需一根数据线和地线就可通过1一Wire协议完成串行传输数据，支持15．3 Kb／s(最大值)的标准通信速率和125 Kb／s(最大值)的高速通信速率。改进的l—Wire接口具有滞回和干扰滤波功能，使得DS28EA00能够在大型1一Wire网络中可靠工作。
DS28EA00内部数据部分包括64位序列号、64位暂存器以及报警配置寄存器。1一Wire ROM功能控制单元处理ROM功能命令，允许器件工作在一个多点网络中。器件功能控制单元实现对器件的特定操作和控制，如读/写，温度转换，设置顺序检测的链路状态等。8 bit CRC生成器在读取温度和寄存器数据时可协助主机检验数据的完整性。顺序检测链路状态时，DSP的PIOB(XDO~XD7)作为输入，而PIOA(XA0~XAl8)与下一个器件连接，DS28EA00数字温度计的1-Wire总线接口与DSP的GPIO接口相连实现通信。DS28EA00测温模块电路如图2所示。

3．2 USB接口模块
USB接口模块采用嵌入式USB接口器件SL811HST，该器件内置USB主／从控制器，支持全速和低速数据传输，能自动识别低速或全速设备，SL811HST提供的接口可与微控制器、DSP相连。此外，SL811HST内部有一个256字节的RAM，用于控制寄存器或数据缓冲器。该系统中USB设备映射TMS320F2812外扩1区域，USB接口模块电路如图3所示。

3．3 SD卡接口模块
SD卡通过SPI口或并行(SD)接口与主机连接．另外DSP还提供额外引脚来检测卡的存在和写保护功能。SPI总线模式下，CS为主控制器向SD卡发送的片选信号，SCLK为主控制器向SD卡发送的时钟信号，DI(Data In)为主控制器向SD卡发送的单向数据信号，DO(Data Out)为SD卡向主控制器发送的单向数据信号。选择SD模式通信实现高速通信．采用GPIO接口满足特定的SD规范协议。

4 系统软件设计
    系统软件设计主要包括DSP与DS28EA00的通信、DSP与SD卡的通信，DSP与USB设备的通信。
4．1 DSP与DS28EA00的通信
    DS28EA00的链路功能允许1一Wire主机检索以线性网络“链”方式连接的器件．找出其物理顺序。链路功能需要输入和输出两个引脚，其中，输入引脚(EN)可使器件在检测时能对检测做出响应，而输出引脚(DONE)用于通知链路中的下一个器件其相邻器件的检测已完成。复用DS28EA00的两个通用端口实现链路功能，其中，PB作为EN输入，PA产生DONE信号并与下一个器件的EN输入相连，而第一个器件的EN输入需接至GND，或者在顺序检测时对其施加逻辑‘0’信号。
4．2 数据存储
4．2．1 U盘数据存储
    DSP主要通过软件设计实现对USB移动存储设备的操作，而USB软件设计主要由通用的USB总线枚举部分，USBMass Storage类协议软件设计以及文件系统组成，U盘数据存储流程如图4所示。

4．2．2 SD卡数据存储
SD卡数据存储软件设计主要包括SD卡上电初始化和SD卡的读写操作。其工作步骤如下：(1)配置TMS320F2812的SPI接口，检测是否插入SD卡。为调试方便，将SD卡接口的Vse2引脚接地。(2)检测到SD卡，系统连续发送10次0xFF00使SD卡的Data In引脚状态保持至少74个时钟周期，实现系统上电初始化。(3)SD卡初始化，注意此时SPI接口的通信速度应为100～400 kHz以满足SD卡通信协议要求。(4)系统与SD卡通信，提高SPI接口的通信速率。图5给出SD卡数据存储流程图。

4．3 文件系统
为了便于处理采集到的数据，设计了一个兼容FATl6、FAT32文件格式的文件管理系统嘲，并将数据存储到U盘或SD卡中。文件系统数据分为：MBR区、DBR区、FAT区、DIR区和DATA区。由于SD卡不要求启动，因此文件系统可以只包含有DBR、FAT、DIR和DATlA区。这里以128 MB的U盘为例进行简单介绍，其文件系统结构如表l所示。

5 结语
由于USB接口存储设备和SD卡在数据采集系统中应用广泛，嵌入式数据采集环境中采用USB存储设备或SD卡可实现大容量数据存储，满足嵌入式技术发展要求。该系统设计经过反复测试表明：工作稳定，能快速读写U盘和SD卡中的存储数据，其速率约为300 KB/s。