学位论文基于dsp微控制器定时器设计.docx
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学位论文基于dsp微控制器定时器设计
摘要
随着时代的进步,电子行业的发展,定时器的应用也越来越广泛。
传统的机械式定时器,电动式定时器都是通过发条、交流同步步进电机或者石英步进电机进行驱动的。
这种定时器精度不高,定时误差较大。
相对于前两种定时器,电子式定时器体积小、重量轻、造价低、精度高、寿命长、而且安全可靠、调整方便、适于频繁使用。
本次设计的题目是基于DSP微控制器定时器设计。
本文设计了一种以TMS320F28335DSP微控制器为核心的定时器。
利用内部定时器0和PIE外设中断扩展模块产生定时中断,并进行逆行计数。
通过SPI串行外设接口在DSP和74HC164之间进行通信,进而实现在数码管上通过动态扫描显示定时时间。
本系统通过矩阵键盘控制定时器开启和暂停。
在定时器暂停时,还可以通过键盘重新输入定时初值。
当定时结束时,还会通过LED灯闪烁报警,提示定时结束。
关键词:
定时器,DSP,TMS320F28335,串行外设接口,矩阵键盘
Abstract
Withtheprogressofthetimesandthedevelopmentofelectronicindustry,thetimerisusedmoreandmorewidely.Thetraditionalmechanicaltimer,electrictimerisdrivedthroughthespring,ACsynchronousmotororquartzsteppermotor.Theaccuracyofthistimerisnothighandtheerrorislarge.Comparedwiththeformertwotimer,electronictimerhassmallvolume,lightweight,lowcost,highprecision,longservicelife,andelectronictimerissafetyandreliability,convenientadjustment,suitableforfrequentuse.
ThetopicofthisdesignistimerdesignbasedontheDSPmicrocontroller.ThispaperdesignsatimerwiththecoreofTMS320F28335DSPmicrocontroller.Generatingatimerinterruptandcountingretrogradelybyusingtheinternaltimer0andPIEperipheralinterruptexpansionmodule.CommunicatebetweenDSPand74HC164throughtheSPIserialperipheralinterface,soastoachievedisplayingtimeonthedigitaltubebydynamicscanning.Thesystemisturnedonandpausedthroughthematrixkeyboard.Inthetimerpause,initialvaluecanbeinputedthroughthekeyboard.Whenthetimingisover,systemwillalarmthroughLEDlightsflashing,promptingtheendoftiming.
KeyWords:
timer,DSP,TMS320F28335,SPI,matrixkeyboard
1绪论
1.1系统背景
人类最早使用的定时工具是沙漏或水漏,但在钟表诞生发展成熟之后,人们开始尝试使用这种全新的计时工具来改进定时器,达到准确控制时间的目的。
而随着时代的进步,科技的发展,定时器历经了机械式,电动式两个阶段后发展到电子式定时器。
现在的定时器广泛运用与工业控制,家用电器甚至军工领域,成为现在社会不可或缺的电子设备。
1.1.1定时器的分类
定时器按结构可分为机械式、电动式和电子式三类。
机械式定时器,以发条为原动力,用擒纵调速器控制走时精度,通过齿轮传动和凸轮,按时间控制机构预置的时段操纵执行机构动作。
计时精度要求不高的定时器(如风扇定时器、洗衣机定时器、厨房用定时器、照相暗房用定时器、电视机控制用定时器、电灯开关定时器),一般采用无固有振动周期的调速器。
这些定时器都是在手动上发条的同时预置时限,定时精度不高,但结构简单,使用方便。
电动式定时器,用交流同步电动机或石英步进电机驱动,通过齿轮传动和凸轮簧片触点机构,按预置的时段或时刻控制执行机构。
其中短时段控制的电动式定时器可用于程序控制式洗衣机、洗碗机、微波炉、烘箱及时间继电器等;长时段电动式定时器是一种24小时或7天程序控制的开关装置,可预置开关动作多次,最短时间控制间隔一般为15分钟,可用于用户用电情况监控、照明控制、实验室装置控制、空调器控制和自动生产线上某些设备的定时控制等。
电子式定时器,利用石英振荡器或民用交流电的标准频率,经过分频计数组成时间累加器或数字钟,按照预置的时间编码输出控制信号。
这种定时器走时精确,时间设定没有误差,定时精度高,控制程序多。
其中长时段定时器最小控制时段一般为一分钟,配上微处理器后能精确地编制一年的时间程序,组成多路可编程序的定时器。
电子式定时器在工业自动化控制系统中应用广泛,它也是节约能源管理中一种有效的技术措施。
电子定时器类的电子定时开关钟,可用于按高、平、低峰用电收取不同电费制度的场合,它将一天内的用电高峰、平峰、低谷时间在定时开关中设定,并分别接通3种电表进行计费。
电子式定时器在科学实验中和在微波炉、电饭锅、洗衣机等电器中也有使用。
1.1.2定时器的应用
随着时代的进步,定时器的应用越来越广泛。
电子定时器在工业中经常用于延时自动开关、定时、报警。
在家用电器中经常用于延时自动开关、定时。
延时自动开关可用于电视机、收音机、录音机、催眠器、门灯、路灯、汽车头灯、转弯灯以及其他电器的延时断电和延时自停电源。
定时可用于照相定时曝光、定时闪光、定时调速、定时烘箱、冰箱门定时报警、定时水位报警、延时催眠器、延时电铃、延时电子锁、触摸定时开关等等。
例如数控机床的定时器,在工作一段时间后便能自动切断电源停止工作。
此外,DSP中的定时器还可用于数模和模数转换,信号的采样,伺服位置控制,数字振荡器的设计等等。
1.2定时器系统概述
本系统主要分为由DSP微控制器,数码管,矩阵键盘三部分。
DSP微控制器用来处理定时器程序;利用DSP的SPI接口和74HC164八位串入、并出移位寄存器相连,进行串行通信,再由74HC164寄存器将段码并行输出给数码管从而显示数字;矩阵键盘与DSP的GPIO口相连接,以扫描的方式识别键值,实现键盘对定时器的控制。
1.3定时器设计及实现的功能
1.3.1设计过程
进行定时器的设计首先就要熟悉DSP的编程环境,本次编程使用的是CCS(CodeComposerStudio)软件,具体运用的语言为C语言。
程序调试成功后通过JTAG将程序下载到DSP的RAM中进行硬件调试,程序具体实现功能见1.3.3的功能实现。
CCS是它是美国德州仪器公司(TexasInstrument,TI)出品的代码开发和调试套件。
TI公司的产品线中有一大块业务是数字信号处理器(DSP)和微处理器(MCU),CCS是TI公司专门为DSP软件工程师设计的集编译、仿真、下载为一体的DSP开发软件,可以通过CCS新建工程、编译仿真工程、在线调试、下载程序。
1.3.2定时器方案的确定
随着DSP控制器性价比不断提高,新一代产品的应用越来越广泛,大可应用于复杂的工业过程控制系统,进行复杂的数字信号处理功能,如图像处理,雷达信号处理等,小则可以用于家电控制,甚至能够用来做儿童电子玩具。
它功能强大,体积小,重量轻,灵活好用,配以适当的接口芯片,可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。
鉴此,本文设计开发了一种基于DSP微控制器的多用途定时器,它造价低,功能全,性价比高,配以小键盘和数码管显示,可适应各种场合的定时预警之用。
为了实现定时器系统的主要功能,除了要有电源设备、时钟电路、复位电路等必备设备之外,还有必不可少的数码管及其驱动电路,为了在定时结束时、报警,必须还有LED灯,为了能够用键盘控制定时器状态和输入时间,还需要矩阵键盘及其控制电路。
总的来说,综合以上的各功能电路和相应的软件程序相结合,便能实现一个功能强大的多位定时器。
1.3.3定时器的功能
本次设计的课题是基于DSP为控制器定时器设计,相关功能如下:
1.实现定时功能,最大定时时间为100分钟。
2.通过四个七段数码管显示当前的定时时间,更新的定时时间。
3.通过键盘控制定时器开始定时和暂停定时,暂停后,再按下开始键,则从暂停的时间点继续定时。
4.在暂停定时阶段,可以利用键盘上的数字键0~9重新设定定时时间,在按下开始键,则定时器开始从刚刚设置的定时时间重新开始定时。
5.定时结束时,LED灯开始不断闪烁,提示定时时间到。
2定时器系统的硬件设计
2.1总体硬件设计
本系统采用德州仪器的TMS320F28335DSP微控制器作为核心部件。
辅以7段数码管,按键矩阵,LED灯,74HC164芯片共同完成定时器的定时功能。
方案设计框图如下所示:
图2-1系统总体方案设计图
定时器工作过程如下:
1.只通电或复位状态8位共阳数码管不显示任何字符;
2.按下“开始”键后,定时器开启,数码管显示定时时间并进行逆行计数,默认情况下定时时间为1分钟
3.定时过程中可按下“暂停”键,则暂停计时,数码管显示“----”;
4.暂停阶段,可通过键盘上的数字键重新设定定时时间;
5.定时时间设定好之后,按下“开始”键则定时器按照重新设定的定时时间开始定时,若没有设置新的定时时间,则从暂停时的时间点继续定时。
6.定时时间到,停止定时,数码管上显示“0000”,LED灯开始闪亮,提示定时结束。
根据设计要求,本系统主要硬件电路由DSP微控制器、按键、共阳数码管、LED显示电路组成。
1.按键的输入:
矩阵键盘上键有十个按键设定为0~9数字输入功能,另外两个键作为时间设定的控制键,分别为暂停,开始。
矩阵键盘由GPIO00~GPIO03输入,GPIO50~GPIO53输出。
2.定时器的显示电路:
显示时间由4位共阳数码管显示,首先由DSP与74HC164进行SPI串行同步通信,将数码管需要的段码传输给74HC164,再由74HC164将段码并行输出给数码管,达到数码管显示的目的。
DSP的GPIO54和GPIO56设置为SPI的数据发送和时钟端,GPIO58~59和GPIO62~63设置为数码管的位选端
3.定时器的报警系统通过DSP芯片的GPIO4引脚来控制LED灯闪亮提示报警。
4.定时器的时钟电路通过在DSP芯片外部连接一个30MHz的石英晶体振荡器。
系统工作是通过编程选择5倍频的PLL锁相环使得DSP工作在最高主频150MHz。
以上是对定时器的硬件组成和具体工作流程进行了大体的介绍,现对其各功能的实现方式分别进行讲解。
2.2DSP微控制器
DSP(DigitalSignalProcessor)是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号,转换为0或1
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