基于DSP的分布式溫度采集記錄儀的設計與實(shí)現

● 控制功能命令

控制功能命令用于實(shí)現溫度測量、訪(fǎng)問(wèn)寄存器和PIO、改變鏈路狀態(tài)所需的協(xié)議。DSP與DS28EA00之間的通信可采用標準速率(默認狀態(tài)，OD=0)，也可用高速模式(OD=1)。上電后，如果沒(méi)有明確設置為高速模式，DS28EA00則以標準速率進(jìn)行通信。

● 數據的收發(fā)

DS28EA00的數據通信是在一個(gè)個(gè)時(shí)隙中進(jìn)行的，每個(gè)時(shí)隙只能傳送1bit數據。通過(guò)寫(xiě)時(shí)隙將數據從DSP傳輸至DS28EA00，而通過(guò)讀時(shí)隙則將數據由DS28EA00傳輸至DSP。除在線(xiàn)應答脈沖之外，所有的通信都是從主機(DSP)主導發(fā)出下降沿信號開(kāi)始。當1-Wire總線(xiàn)上的電壓跌落至低于門(mén)限電壓時(shí)，DS28EA00利用其內部時(shí)隙發(fā)生器，確定在寫(xiě)時(shí)隙期間何時(shí)對數據線(xiàn)進(jìn)行采樣以及在讀時(shí)隙時(shí)數據有效時(shí)間的長(cháng)短。

2 數據存儲

① U盤(pán)數據存儲

通過(guò)DSP實(shí)現對USB移動(dòng)存儲設備操作的工作主要是在軟件方面，因此本文主要從軟件方面來(lái)說(shuō)明設計過(guò)程。USB軟件設計主要由通用的USB總線(xiàn)枚舉部分和USB Mass Storage類(lèi)協(xié)議軟件設計和文件系統組成，U盤(pán)數據存儲流程圖如圖5所示。

圖5 U盤(pán)數據存儲流程圖

U盤(pán)數據存儲的部分代碼如下：

(1)unsigned char EnumUsbDev(BYTE usbaddr) //枚舉USB設備

{USB_Reset(); //USB設備復位

if (!GetDescription()) // 獲取設備描述符并獲得傳輸包的最大字節數

return FALSE;

if (!SetAddress(usbaddr))

// 設置USB設備的地址

return FALSE;

if (!GetDescription ())

// 重新獲取設備描述符

return FALSE;

if(uDev.bClass==8)

//是否是大容量存儲設備

bFlags.bits.bMassDevice=TRUE;}

(2)unsigned char EnumerateMassDevice(void)

//枚舉大容量存儲設備

{DeviceInformation.BPB_BytesPerSec=512;

//暫假設每個(gè)扇區為512字節

if(!RBC_Read(DeviceInfomation.StartSector，0，DBUF)) //讀取U盤(pán)DBR區了解U盤(pán)的基本信息

return FALSE;

DeviceInfo.BPB_BytesPerSector=LSwapINT16(DBUF[10]，DBUF[11]); //讀取U盤(pán)每扇區字節數

DeviceInfo.BPB_SecPerCluters=DBUF[12]; //讀取U盤(pán)每簇扇區數

ReservedSectorsNumbers=LSwapINT16(DBUF[13]，DBUF[14]); //讀取U盤(pán)保留扇區數

DeviceInfomation.BPB_NumFATs=DBUF[15];} //讀取U盤(pán)FAT表的份數

② SD卡數據存儲

SD卡數據存儲軟件設計主要包括兩部分：SD卡的上電初始化過(guò)程和對SD卡的讀寫(xiě)操作，其工作步驟如下。

● 配置TMS320F2812的SPI接口，然后檢測是否有SD卡插入。為調試方便將SD卡接口的Vss2引腳接地。

● 當檢測到SD卡的存在后系統連續發(fā)送10次0xFF00使SD卡的DATA IN引腳保持至少74個(gè)時(shí)鐘周期以實(shí)現系統上電初始化。

● SD卡初始化，注意此時(shí)SPI接口的通信速度應在100kHz到400kHz左右，以滿(mǎn)足SD卡通信協(xié)議的要求。

● 系統與SD卡通信。此時(shí)可以提高SPI接口的通信速率。

SD卡數據存儲流程圖如圖6所示。

3 文件系統

為了便于對采集的數據進(jìn)行處理，需要設計一個(gè)兼容FAT16、FAT32文件格式的文件管理系統，并將數據存儲到U盤(pán)或者SD卡。

文件系統的數據分為五 部分：MBR區、DBR區、FAT區、DIR區和DATA區，由于U盤(pán)或者SD卡不要求啟動(dòng)，因此可以沒(méi)有MBR區，只包含DBR、FAT、DIR和DATA四個(gè)區。

系統分析

1 性能指標

經(jīng)過(guò)反復測試后得出:系統能穩定的采集溫度數據并快速的存儲至U盤(pán)和SD卡，具體性能指標如下。

● DSP與DS28EA00 的通信速率：標準通信速率為15.3kb/s，高速通信速率為125kb/s;

● DSP與U盤(pán)的通信速率約為600KB，與SD卡的通信速率約400KB。

2 系統抗干擾性能分析

在1-Wire系統中，僅DSP在信號瞬變期間進(jìn)行控制才可能實(shí)現線(xiàn)路終端匹配。因此，1-Wire網(wǎng)絡(luò )很容易受到其他噪聲的影響。根據網(wǎng)絡(luò )的物理形狀大小和拓撲結構的不同，從端點(diǎn)到分支點(diǎn)的反射可能會(huì )在一定程度上相互疊加或抵消，如同1-Wire通信線(xiàn)路上的毛刺或振蕩一樣，這樣的反射也是不容忽視的。從外部源耦合到1-Wire線(xiàn)路上的噪聲也產(chǎn)生信號毛刺。時(shí)隙上升沿時(shí)出現的毛刺可能會(huì )引起從器件與不同步，結果會(huì )造成Search ROM命令無(wú)效，或導致器件級命令被忽略。為提高網(wǎng)絡(luò )性能，DS28EA00采用了一種新型的1-Wire前端，它對噪聲的免疫力更強，可以降低從器件引入的噪聲的幅度。DS28EA00的1-Wire前端較之傳統溫度傳感器的前端有以下不同。

● 在線(xiàn)應答脈沖的下降沿斜率是受控制的，這樣提供了比數字開(kāi)關(guān)晶體管更好的傳輸線(xiàn)阻抗匹配，將來(lái)自傳統器件的高頻振蕩轉換為更平滑的低頻瞬變。斜率控制由參數tFPD(器件存在下降時(shí)間)指定，針對標準速度和高速模式，具有不同的取值。

● 該電路中增加了一個(gè)低通濾波器，用于檢測時(shí)隙開(kāi)始時(shí)的下降沿，這樣可降低器件對高頻噪聲的敏感度。

● 高低開(kāi)關(guān)門(mén)限VTH具有一個(gè)滯回。如果一個(gè)負毛刺的電壓低于VTH，但不低于VTH-VHY時(shí)，就不會(huì )判定為負脈沖(如圖7 Case A)，滯回在任何1-Wire速率下均起作用。

● 該系統具有一個(gè)tREH(上升沿拖尾時(shí)間)定義的時(shí)間窗口，在這個(gè)窗口內，即使毛刺電壓低于門(mén)限VTH-VHY(如圖7 Case B，tGL

結語(yǔ)

該溫度采集記錄儀不但可以穩定的采集溫度數據而且可以快速的將數據存儲到U盤(pán)或者SD卡，便于以后分析處理，特別適合環(huán)境比較惡劣地區的溫度采集，為溫度采集與數據存儲提供了一個(gè)理想的解決方案。