基于DSP的溫度監(jiān)測和顯示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)＊

李利品 黃燕群 羅兵武

(1.光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室(西安石油大學(xué)) 陜西西安)

(2.西北工業(yè)大學(xué)陜西西安) (3.中國兵器工業(yè)第203研究所 陜西西安)

基于DSP的溫度監(jiān)測和顯示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)＊

李利品1、2黃燕群3羅兵武1

(1.光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室(西安石油大學(xué)) 陜西西安)

(2.西北工業(yè)大學(xué)陜西西安) (3.中國兵器工業(yè)第203研究所 陜西西安)

設(shè)計了一種以DSP為控制核心的溫度監(jiān)測和顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集,以TM320240EFGW型液晶顯示模塊進(jìn)行實時顯示,以RS232通用串行接口與PC機進(jìn)行通信。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、實時性強、數(shù)據(jù)傳輸方便等優(yōu)點。

溫度監(jiān)測;液晶顯示;DSP

0 引 言

在國民經(jīng)濟各部門,如電力、石油、化工、機械、冶金、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)以及人們的日常生活中,通常需要對溫度進(jìn)行監(jiān)測和顯示。傳統(tǒng)的以單片機為核心的溫度監(jiān)測和顯示系統(tǒng),由于受到處理器自身硬件資源和速度的限制,硬件電路設(shè)計復(fù)雜,數(shù)據(jù)實時處理能力差。隨著計算機技術(shù)尤其是超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,具有更強處理能力的DSP芯片,以其運算速度快、實時性強、功耗低、抗干擾能力強等特點愈來愈多地被應(yīng)用[1]。本文設(shè)計了一種以TMS320VC33 DSP作為溫度監(jiān)測和顯示的核心,應(yīng)用TM320240EFGW型液晶顯示模塊實時顯示信息,并配以RS232通用串行接口與PC機進(jìn)行通信的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、實時性強、數(shù)據(jù)傳輸方便等優(yōu)點。

1 整體方案

系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。系統(tǒng)主要由溫度采集、數(shù)據(jù)/程序存儲器、日歷時鐘電路、DSP、液晶顯示模塊、通信接口等模塊組成。其中溫度采集模塊采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集;日歷時鐘模塊采用DALLAS半導(dǎo)體公司研制的實時時鐘器件DS12887,該芯片內(nèi)含鋰電池、石英晶振和寫保護電路,集成度高,不需要外圍電路支持,與用戶接口極為方便;數(shù)據(jù)/程序存儲器采用AM29F010(8bit,128K B)Flash芯片,用于存儲采集的溫度及對應(yīng)的時間信息以及DSP的程序;顯示模塊采用TM320240EFGW型液晶顯示模塊,它是一種內(nèi)嵌SED1335控制器的液晶顯示屏,具有分辨率高、接口方便、設(shè)計簡便、功耗低、價格便宜等優(yōu)點;通信接口模塊采用通用的RS232串行接口,與PC機通信非常方便;DSP芯片采用了TI公司生產(chǎn)的TMS320VC33[2]芯片作為數(shù)據(jù)采集和控制的核心。TMS320VC33具有處理速度快,最小指令周期只有13 ns;內(nèi)部具有34 K×32位字節(jié)的RAM,無需外擴RAM;四種可選擇的引導(dǎo)方式;功耗低等特點。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計方案

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 溫度采集電路的設(shè)計與實現(xiàn)

溫度采集芯片選擇“一線總線”式的數(shù)字溫度傳感器DS18B20。它是一種智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比,能夠直接讀出被測溫度,并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線,總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電,而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單,可靠性更高。

溫度傳感器DS18B20與DSP的接口電路如圖2所示。數(shù)字式溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)端口通過一個上拉電阻與DSP的I/ O口相連。

2.2 液晶顯示模塊與DSP的接口設(shè)計

本系統(tǒng)采用TM320240EFGW型液晶顯示模塊,它是深圳天馬公司生產(chǎn)的一種內(nèi)嵌SED1335控制器的液晶顯示屏,它由320×240點陣構(gòu)成,具有分辨率高(點型為0.33 mm×0.33 mm)、接口方便、設(shè)計簡便、功耗低、價格便宜等優(yōu)點。

TM320240EFGW型液晶顯示模塊與DSP的硬件接口電路如圖3所示[3]。DSP芯片TMS320VC33的供電電壓為3.3 V,而TM320240EFGW型液晶顯示模塊的工作電壓為5 V。因此,DSP的數(shù)據(jù)線D16～D23通過電平轉(zhuǎn)換芯片74LV4245與液晶的數(shù)據(jù)/地址線DB0～DB7連接,DSP通過TCLK1引腳控制液晶顯示模塊的緩沖器選擇信號A0,DSP的 R/與液晶顯示模塊的R/直接相連。另外,R/取非后與液晶顯示模塊的相連,液晶顯示模塊的片選信號由DSP的選通信號PAGE2控制。PAGE2的選通可以通過改變DSP外部地址來實現(xiàn),這樣就簡化了DSP的軟件設(shè)計,避免了數(shù)據(jù)總線與其它外圍設(shè)備的沖突,保證了液晶模塊的可靠工作。

圖2 溫度采集電路

圖3 液晶顯示模塊與DSP的接口電路

此外,液晶顯示模塊需要背光和液晶驅(qū)動兩種電源,其中使用的CCFL(冷陰極發(fā)光)背光器件含有背光燈管。5 V電源經(jīng)TM320240EFGW內(nèi)部的CX-AL10AN高壓逆變器后可輸出400 V左右的交流電壓,用來驅(qū)動背景光。液晶驅(qū)動電壓V0由電源電路提供,通過調(diào)節(jié)電位器R8來改變液晶驅(qū)動電壓V0的大小,實現(xiàn)液晶顯示對比度的調(diào)整。

2.3 與PC機通信接口電路設(shè)計

TMS320VC33 DSP與計算機通信采用兩個通用的I/O(DR0、DX0)引腳和VC33的一個中斷引腳實現(xiàn)串口通信。具體的連接框圖如圖4所示。其中VC33的DR0和INT2與MAX202的R1OUT相連,既可以利用DR0接收數(shù)據(jù),又可以觸發(fā)VC33外部中斷;通過DX0引腳與MAX202的T1IN相連向計算機發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖4 與PC機通信接口設(shè)計

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)設(shè)計的要求和硬件模塊的劃分,本系統(tǒng)的軟件主要完成溫度采集、讀取時鐘、存儲溫度和時間信息、顯示以及與PC機通信等任務(wù)。DSP程序運行后,首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作;然后啟動溫度采集操作,采集完成后讀取溫度數(shù)據(jù)并存儲到指定區(qū)域;讀取時鐘信息,與溫度信息對應(yīng)存儲;啟動顯示程序,顯示時間和溫度信息。以上過程循環(huán)進(jìn)行。當(dāng)DSP接收到PC指令后,進(jìn)入中斷子程序,給PC機發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后,繼續(xù)重復(fù)上述過程。整個軟件設(shè)計中,液晶顯示程序顯得更為復(fù)雜。下面專門介紹一下液晶顯示軟件的設(shè)計。

3.1 液晶顯示的指令及時序

SED1335的軟件功能非常強,共有13條指令且多數(shù)指令帶有若干個參數(shù),參數(shù)值由用戶根據(jù)所控制的液晶顯示模塊的特征和顯示的需要來設(shè)置,指令如表1所示。

SED1335主要由接口部、控制部及驅(qū)動部三部分組成。接口部主要由輸入指令緩沖器、數(shù)據(jù)輸入緩沖器和標(biāo)志寄存器組成,并設(shè)置了適配8080系列和6800系列MPU的兩種操作時序電路,通過引腳的電平設(shè)置可選擇二者之一?？刂撇渴荢ED1335的核心,它由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RAM管理電路、字符庫及其管理電路以及時序脈沖發(fā)生器組成。驅(qū)動部具有各顯示區(qū)的合成顯示能力、傳輸數(shù)據(jù)的組織功能及產(chǎn)生液晶顯示模塊所需的時序。根據(jù)DSP接口引腳的特點,通過設(shè)置SED1335液晶控制器的SEL0、SEL1使其工作在8080系列MPU的操作方式。

表1 SED1335指令表

3.2 液晶顯示的軟件設(shè)計

TMS320VC33 DSP在訪問SED1335時可以隨時進(jìn)行,不必判斷SED1335當(dāng)前的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)設(shè)計的顯示內(nèi)容主要涉及西文、漢字的顯示。

(1)西文顯示

若要在顯示屏指定的位置上顯示西文字符,需要先把光標(biāo)移到該位置。在設(shè)置好光標(biāo)地址和光標(biāo)移動方向后,便可連續(xù)地將顯示數(shù)據(jù)寫入顯示緩沖區(qū)。西文字符顯示的VC33程序流程如圖5所示[4]。

(2)漢字顯示

圖5 西文字符顯示流程圖

VC33對液晶顯示屏進(jìn)行操作時,由于液晶顯示RAM數(shù)據(jù)寬度為8位,而VC33數(shù)據(jù)寬度為32位,故采用VC33低8位保存點陣信息。漢字顯示流程如圖6所示[4]。由于DSP芯片采用的工作時鐘頻率為55 MHz(周期約18 ns),DSP的液晶顯示器讀寫建立時間為120 ns,因此需要插入7個軟件等待實現(xiàn)與液晶顯示模塊的速度匹配。TM320240EFGW型液晶顯示模塊顯示漢字時,需要在SED1335控制器的顯示存儲器內(nèi)建立一個自定義字符庫CGRAM,由程序逐字節(jié)地在相應(yīng)的單元寫入所需的字符代碼,從而在顯示屏上顯示出相應(yīng)的漢字。

圖6 漢字顯示流程圖

4 結(jié) 論

本文以TMS320VC33 DSP為控制核心,采用內(nèi)嵌SED1335控制器的液晶顯示模塊TM320240EFGW,以數(shù)字式溫度傳感器為例設(shè)計和實現(xiàn)了基于DSP的溫度監(jiān)測和顯示系統(tǒng)。所研究的溫度監(jiān)測和顯示系統(tǒng)不僅具有電路結(jié)構(gòu)簡單、體積小、顯示方便、實時性強等特點,并且通過較小的軟、硬件改動就可以實現(xiàn)壓力、流量等參數(shù)的采集和顯示,具有較強的實用價值。

[1] 王爾申,張淑芳.基于DSP的PID高精度溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器,2007,44(6)

[2] 黨瑞榮,謝 雁,李利品等.TMS320C3X DSP原理與應(yīng)用[M].陜西:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2006

[3] 李維 ,郭 強.液晶顯示應(yīng)用技術(shù)[M].北京:北京電子工業(yè)出版社,1999

[4] 黨瑞榮,羅兵武,張 珂.基于高速DSP控制的液晶顯示[J].現(xiàn)代顯示,2006,14(1)

Li Lipin,Huang Yanqun and Luo Bingwu.Design and realization of a temperature monitoring and displaying system based on DSP.PI,2010,24(4):4～6

A temperature monitoring and displaying system based on DSP is designed.A digital temperature sensor DS18B20 is used to collect temperature.And a kind of TM320240EFGW liquid crystal display module is used for real-time display.An Universal Serial RS232 interface is used to communicate with a PC.Therefore,this system has many advantages such as sample circuit,low power consumption,easy real-time data transmission,and so on.

temperature monitoring;liquid crystal display;Digital Signal Processor

TN911.7

B

1004-9134(2010)04-0004-03

國家重大科技專項經(jīng)費資助(2008ZX05026-001-03)

李利品,女,1977年生,碩士,講師,現(xiàn)在“光電油氣測井與檢測”教育部重點實驗室(西安石油大學(xué))從事科研項目,主要研究方向為檢測技術(shù)、測控儀器、智能傳感器等。郵編:710065

2009-09-28 編輯:姜 婷)

·儀器設(shè)備·