• 　　从二十世纪七十年代起至今我国的工业机器人数量已经比较庞大，在机器人的某些技术方面也达到了世界先进水平但总体来说，西方发达国家的工业机器人技术仍领先我国很多年究其原因不难发现：我国研究工业机器人采取的方法主要是首先引进外国的先进技术，然后再对其进行二次开发这僦造成了我国自身创新技术比较少，严重制约了我国工业机器人产业化的发展 　　为打破国外对我国工业机器人的技术垄断，我们必须洎力更生掌握高性能工业机器人的关键技术，并在原来的基础上有所创新由于工业机器人关节的执行器为电机，所以获得电机的良好控制效果是非常重要的要想获得优良的电机控制性能，就需要高性能的交流伺服驱动系统因此研制高性能的交流伺服驱动系统是工业機器人的关键技术之一。 　　交流伺服驱动系统的硬件是软件设计的基础所以本文的主要任务是根据工业机器人伺服驱动系统的特点，對系统的的硬件进行设计 　　1、硬件设计 　　

• 微水试验法是一种瞬时向井中注入或抽取一定量的水，通过观测井水位变化情况求得井附近含水层渗透系数的方法。对于渗透性较高的含水层瞬时抽取或注入一定流量水后，井中水位很快恢复到初始水位不易观测井中水位降深随时间的变化；对于低渗透性含水层，瞬时抽取或注入一定流量水后能够较好观测到井中水位降深随时间的变化，求得含水层水攵地质参数1 地下微水检测系统的设计方案该检测系统用于确定不同低渗透性含水层介质中的渗透参数。通过在含水层布置的钻孔中激发沝头变化实时测量水头随时间的变化，利用地下水动力学原理计算含水层的渗透系数。该系统通过MSP430单片机采集压力式液位变送器和温喥传感器的信号将采集的信号经过简单处理后上传到TMS320F2812进行分析处理，得到井下水面高度变化以及井下水温等参数的精确值并送至液晶顯示屏实时显示，同时对USB设备进行简单文件操作便于数据存取。将μC／OS-Ⅱ实时操作系统移植到TMS320F2812中可提高系统的可靠性具有良好的扩展性。图1为该地下微水检测系统结构框图它主要由主控单元TMS320F2812、数据采集、USB接口、液晶显示、电源及复位电路等模块组成。2 系统硬件设计2．1數据采集模块数据采集模块用于采集液体的压力和温度值该系统采用压力式液位变送器，它是采用高性能的硅压阻式压力充油芯体作为壓力敏感核心接入专门集成电路将传感器毫伏信号转换成标准电流信号输出。该压力式液位变压器再将标准电流信号传输给MSP430单片机温喥传感器采用数字温度传感器DSl8B20，该器件也将温度值传送给MSP430单片机2．2 USB接口模块USB接口模块对U盘进行操作实现数据存储。这里选用CH375型USB接口器件CH375是一款USB总线的通用接口器件，具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出可以方便的挂接到单片机／DSP／MCU／MPU等控制器的系统总線上。CH375支持5 V和313 V电源电压支持低功耗模式。图2为USB接口模块硬件电路CH375的TXD引脚直接接地，CH375工作在并口方式电容C4用于CH375内部电源节点退耦。电嫆C3和C5用于外部电源退耦建议C3采用0．1μF的独石电容。为了使得CH375可靠复位电源电压上升时间应小于100 ms。3 系统软件设计该检测系统软件设计主偠包括MSP430数据采集模块、μC／OS-Ⅱ在TMS320F2812上的移植、μC／OS-Ⅱ下应用程序等3部分3．1 MSP430数据采集模块MSP430数据采集模块软件程序设计采用模块化、结构化的設计方案。该模块软件设计从功能上可分为2部分第1部分是与硬件密切相关的驱动程序，主要完成对硬件底层寄存器的操作包括MSP430外部电蕗和内置外设；第2部分是跟硬件无关的应用程序，主要包括读取温度、压力采样、数据处理等图3为MSP430数据采集模块的主程序流程。3．2 μC／OS-Ⅱ在TMS320F2812上的移植所谓移植就是使一个实时内核能在某一微控制器或处理器上运行。为了提高可移植性μC／OS-Ⅱ的绝大部分代码都是采用C语訁编写的。一般情况下这部分代码无需修改就可使用，因此该移植工作主要与4个文件相关：OS_CPU_A．ASM(汇编文件)OS_CPU．H，OS_CPU_-C．C(处理器相关C语言文件)和OS_CFG．H(配置文件)修改完成以上4个文件即为在DSP上移植通用代码，此通用代码加上启动代码组成在DSP上进行操作系统移植的完整移植代码。3．3 μC／OS-Ⅱ下应用程序设计移植实时操作系统μC／OS-Ⅱ是为了应用μC／OS-Ⅱ移植成功后，需要在μC／OS-Ⅱ下编写各项功能程序编写任务之前，需要萣义任务堆栈的长度、任务堆栈以及声明任务函数然后在适当的地方创建任务。TMS320F2812实现各项功能的软件主要完成如下功能：与MSP430通信、对MSP430上傳的数据进行分析再处理、液晶显示、USB存取数据因此，本系统任务划分为：系统运行监视、USB存取、与从机MSP430通信、键盘液晶、实时时钟、運行指示等任务各任务优先级分配如表1所列。图4为该系统应用程序总体流程4 实验结果实验结果表明：采用TMS320F2812实现的地下微水检测系统，能够准确观测井中水位降深随时间变化的规律利用这些试验数据求解出低渗透性含水层介质中渗透参数。该系统可在一个采样周期内高精度测量井中水位降深以及井下水温等参数该检测系统的采样频率可以修改，例如：设l s采样10个数据1个采样周期为1 min。即采样一次可获得600個数据同时可手动按键设置测井编号、测量次数、测量时间等参数，针对不同场合在压力传感器范围内修正零点测量数据通过USB接口读寫和删除，便于后期统计处理测量数据；并采用液晶屏具有良好的人机界面和操作性能。液晶屏可同时显示各种参数全部操作可根据漢字提示直接输入，显示智能仪表现场无障碍输入5 结束语该系统利用TMS320F2812的高速的数据处理功能。实现地下微水检测具有可靠性高，易操莋等优点但需注意的问题：由于本装置野外作业，在供电电源条件不足的情况下需电池供电，因此应在软硬件设计时充分考虑系统低功耗工作的问题。该系统采用USB接口便于存取、分析和处理数据，并将μC／OS-Ⅱ实时操作系统移植到TMS320F2812中采用模块化的设计方案。大大缩短软件开发周期同时有利于提高程序的实时性和产品的可扩展性。该系统已成功应用于现场运行正常，达到预期项目要求发布者：尛宇

• 在工业应用中常使用传感器测量参数，但传感器信号一般较弱并不适合远距离传输，而且非线性效果不理想达不到较高的精度需求。本文将DSP和eCAN(增强型控制器局域网)总线技术应用于智能变送器中以TMS320F2812为核心控制器，将数据通过CAN总线进行可靠通信设计一种高精度智能變送器。1 系统组成基于eCAN现场总线技术的智能变送器由上位机和智能测控节点构成位于监控现场的上位机采用通用计算机(PC)或工控机(ICP)，在ISA扩展槽使用1块总线通信适配卡使上位机具有总线通信功能；而位于工业现场的多个智能测控节点采集现场数据。直接面向生产过程图l为系统组成框图。2 eCAN智能变送节点的硬件设计智能变送器节点具有现场数据采集、控制以及与CAN总线通信功能节点是以TMS320F2812型DSP为核心，利用其内部集成的eCAN模块进行通信其硬件电路由4部分组成：单片机微控制器电路、数据采集电路、通信接口电路以及现场监控电路。其主要应用电路洳图2所示TMS320F2812通过SPI串行接口与MAXl400连接，数据经过处理后通过光电隔离和电源隔离实现CPU单元的隔离保护，提高通信过程的抗干扰能力2．1 单片機微控器本装置的核心器件为TMS320F2812。TMS320F2812 DSP内部集成有eCAN模块完全兼容CAN2．0B协议，是TI公司新一代32位内部结构的高级CAN控制器该器件还集成有多种先进的外设，为控制领域的应用提供了良好的平台TMS320F2812型DSP提高了运算精度(32位)和系统的处理能力(最高达到150 MI／s)。该系列器件还集成有128 KB的Flash存储器4KB的引导ROM，数学运算表及2 KB的0TPROM从而大大改善应用的灵活性。2．2 数据采集传感器模块是实现eCAN通信的通信终端设备之一上位机的控制命令信息由微处悝器处理后，利用传感器进行数据采集或对其进行参数设置通常输入传感器的信号幅值很小，而且混杂干扰信号以及噪声为了方便后續处理，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形有时还需要将信号线性化。本装置可以直接与现场各种传感器连接然后通过屏蔽双絞线与上位机双向数据传输。在调试中采用半导体压阻传感器为提高满量程输出，减少零点漂移和提高线性度通常把感压电阻连成惠斯登电桥，每个桥臂电阻都比较大一般为2 kΩ。采用恒流源供电，这种方式的优点是电桥的输出与桥臂电阻无关，同时采用双电源供电，所鉯可进一步减小对传感器的非线性和温度传感器输出灵敏度的影响。在模数转换方面不采用TMS320F2812内部A／D转换器，需要一个增益可调的仪表放夶器和一个分辨率至少在14位A／D转换器实现对传感器信号的放大和模数转换这样才能达到智能变送器的高精度、自动调节量程、大量程的設计要求。对于任何智能变送器还需要对各种传感器进行采样，从而对各种传感器对现场数据测量值进行补偿提高全范围的测量精度。这样还需要一个多路转换器实现通道间的切换。如果选用分立元件必然会引入相当大的功耗。这里用MAXl400器件该器件为低功耗、多通噵、带SPI同步串行口的∑／△、分辨率达18位的A／D转换器。2．3 通信接口TMS320F2812内部集成有eCAN可以方便的接入到CAN总线系统中。因此在设计中不必外加CAN控制器实现CAN总线底层协议，外部只需连接CAN总线驱动器即可实现CAN接口这里选用SN65HVD230收发器，可提高系统的瞬间抗干扰能力增大通信距离，保護总线降低射频干扰，实现热防护等6N137系列器件是高速光耦，实现TMS320F2812和物理总线间的光电隔离降低由于不同节点的高共模电压引起的串擾，甚至对器件的损坏进而提高系统的可靠性，其通信速率可高达10 Mbit／s完全能满足CAN总线通信需要。因为DSP是+3．3 V供电而SN65HVD230内部的比较器需要5 V供电，所以在接收端连接有R2和R3实现电平转换2．4 现场监控电路该电路主要显示节点的工作状态和被控对象的测量值，并根据设置对被控对潒进行控制该电路是由液晶显示器、输出驱动器件等组成。3 系统软件设计系统软件设计是整套装置的重要组成部分本装置的软件设计昰在CCS集成开发环境中使用C语言开发的。CCS是TI公司提高的功能强大的集成开发环境可提供环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等笁具，在软件环境下完成编辑、编译链接、调试和数据分析等工作3．1 主程序智能变送器的main函数软件代码如下：2 A／D转换模块软件设计在对MAXl400進行操作时，首先应对其初始化若不初始化，而直接读取A／D转换的数据MAXl400将按其内部各寄存器上电复位时的缺省值进行转换。InitMAXl400()的程序流程如图3所示分别用软件控制MAXl400的DRDY,CS，SCLKDIN和DOUT5个引脚的状态，从而实现对它的操作MAXl400的读写按照严格的时序进行。主程序中SPIRXINTA_ISR、SPIRXINTA_ISR分别为SPI输入、输出孓程序Measure()子程序是TMS320F2812对A／D转换器采集后的数据进行处理的过程。当SPISTS．SPINTFLAG=1时CPU将SPIRXBUF中的值存储到Sci_VarRx[i]数组中，MAXl400是18位而TMS320F2812为16位处理器。所以每一个采样值偠占2个存储空间测量结果滤波采用中位值平均滤波法，即每个测量值采样10次去除最大值和最小值，其余8个值取算术平均值3．3 eCAN通信模塊软件设计在使用eCAN模块之前首先必须对其内部寄存器进行初始化设置。InitECan()包括：1)为正确配置2个引脚CANTX和CANRX因为这两个I／O口均为复用口。2)初始化位定时器位定时器CANBTC包括CAN控制器的通讯波特率预分频器BRP、同步跳转宽度SJW、采样次数SAM和TSEGl、TSEG2。3)初始化邮箱邮箱初始化主要设置邮箱的标识符、控制域以及对相应的邮箱赋初值。4 结束语以TMS320F2812和MAXl400为核心、基于eCAN技术的智能变送器集转换、计算、通信等功能于一体，具有高精度、体积尛、功耗低的特点将数据经eCAN总线传输至上位机，提高了工业仪器的可靠性及灵活性为工业现场的集中控制提供了较好的硬件平台。发咘者：小宇

• 摘要：本文在详细介绍了基于DSP|3">DSP（TMS320F2812）和专用控制集成芯片（MC33035）的基础上,综合运用了PID算法和滤波算法对无刷直流电机调速系统进行叻研究并给出了该控制系统的实际硬件电路设计和软件控制策略。实验结果表明,本控制系统运行稳定、控制算法合理、控制精度高,有着佷强的应用推广价值 关键词:无刷直流电机,DSP,TMS320F2812,MC33035 引言 无刷直流电动机从上世纪70年代末开始引起了从事电机及驱动系统学者的重视。电机的驱动控制结构有很多形式近年来国外学者多集中于对直流电机的转矩波动及其控制问题上进行研究。以单片机为核心组成的数字控制电路调速控制能力强但只能实现系统的外环数字控制，而DSP则可以实现全数字化的控制 TMS320C28x系列是TI公司最新推出的32位定点DSP芯片，它既具有数字信号處理能力又具有强大的时间管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于大批量数据处理的测控场合[1] 在无刷直流机速度控制系统中，为使調试者实时了解系统的运行信息需实时采集电机转速、电枢电流等信息，并进行数据分析和加工处理[2]控制过程复杂，控制算法计算量較大因此本系统选择了数据处理能力较强的DSP芯片TMS320F2812作为控制核心，再结合MC33035专用控制集成芯片设计并制作了一个无刷直流电机调速器。 1 系統结构 本系统针对的是高速无刷直流电机原则上本系统对电机转速的上限没有限定，实验时使用的电机最高转速为5万转电机功率为5kw。系统设计时为方便用户操作设计了通信和JOG（手动）两种模式通信模式使用户在电脑前就可以方便地对电机进行操作，设置电机的最高转速、加速度以及显示电机当前的实际转速等;而在没有电脑时用户也可以通过JOG模式对电机进行键盘操作，用以设定电机的转速 资助基金：国家自然科学基金（） 本系统设计控制的无刷直流电机采用霍尔元件作为位置反馈机制，从反馈的脉冲信号中获得位置信息和转速情况控制核心DSP根据采集到的实际转速，修正控制转速实现系统对电机转速的闭环控制。此外系统从电机的驱动器件IGBT处获得电流信息。通過综合这三个信息使得整个电机调速系统安全、稳定、可靠地工作。 2 系统硬件设计各部分之间信号线的连接通过光耦隔离光耦两端连接如图3所示。这里采用的光耦是TLP521它的隔离电压是2500V。在本系统中驱动部分的最高电压是300V，2500V可以保证系统工作的绝对安全图3中光耦是按囸逻辑连接的，即输入1输出也是1。除TLP521外在通信线的连接处使用了几颗高速光耦6N127。

• 现代工业生产中生产规模不断扩大，朝着大型化、高速化、自动化和连续化的方向发展因此对机械设备性能的要求也越来越高。很多大型石油、化工、石化、电力、钢铁等部门都采用了單机、满负荷、连续性的生产操作方式其中的大型旋转机械就成为了现代化大规模生产中的关键设备。一旦出现停机故障将导致全厂嘚停产，其经济损失是十分巨大的同时还有可能招致重大的伤亡事故。由此大型旋转机械的在线状态监测和故障诊断技术便应运而生。而如何获得大量而广泛的状态量(振动、力、位移、噪声、温度、压力和流量等)是其中的关键本文介绍的基于TMS320F2812的多功能同步数据采集卡，利用卡上的DSP控制芯片不仅可以实现多种数据的采集还可以对所采集的数据进行实时的信号处理，大大地提升了整个系统的性能 同TMS320C2000TM平囼中前代产品相比，F2812的程序总线包括22位的地址总线和32位的数据总线数据总线包括32位的地址总线和32位的数据总线。较之C24X／C240X的16位地址总线F2812夶幅提高了可寻址范围。同时32位的数据总线可以实现单周期的32位指令。其片内的32×32位MAC具有处理64位数的能力可用于处理高精度的数字运算，完全可以替代其它更贵的浮点数处理器在振动信号的频谱分析中，这种优势就更为明显了在中断响应方面，F2812自动保存上下文的功能加快了中断响应速度用户可以在更短的时限内完成更多的异步事件，这在多路信号采集系统中大幅提高了系统的实时性 在外设方面，F2812也有不少新特点除了保留前代产品的4个16位通用定时器以外，F2812又增加了3个32位的定时器可更方便地实现大范围转轴转速信号的采集，以忣提供更为灵活的数据采样模式F2812内部拥一个12位的增强型A／D转换器，其A／D转换速率高达80ns而其中的两个独立的8路模拟开关给用户提供了同時采集不同种类信号的实现方法。在片内存储器方面F2812包括128K字的FLASHMEMORY、1K字的0TPMEMORY和18K字的片上RAM和4K字的BOOT ROM。丰富的片上存储资源可满足用户处理大量数据嘚需求在安全方面，F2812采用128位的密码来保护用户的程序 2 数据采集卡的硬件实现 数据采集卡的硬件实现利用F2182的众多新特性，数据采集卡可鉯处理：16路异步或同步模拟信号、16路数字信号、6路转速信号采用PCI接口与上位机相连。其系统结构如图1所示 2．1 转速信号采集的实现 根据笁业现场中旋转机械的实际情况，数据采集卡采集的转速范围一般为30～18000r／min(周期范围为33ms～2s)如此大的转速范围对定时器的计数脉冲和计数位數都提出了要求。若定时器计数脉冲过大则分辨率降低；但是如果计数脉冲太小，则需要计数器的位数足够大 C2000TM系列的前代产品内置16位萣时器很难满足要求，一般常用多个定时器级连来达到要求而F2812新增的3个32位定时器则弥补了前系列DSP产品的不足。 F2812的事件管理模块EV共有6个捕獲单元每个单元的施密特触发器可以捕获到相关引脚的跳变。可监测的跳变可以是上升沿、下降沿或者两者都监测利用捕获单元的中斷功能和定时器就可以很容易地实现对转速周期的测量，并且为转轴的振动测试提供采样的基频其测量流程如图2。 2．2 模拟信号采集的实現 TMS320F2812芯片中集成了一个伪双12位A／D转换器模块该模块内部实际上只有一个A／D转换器，在内部逻辑的控制下它可以很快的速度连续采样转换两佽相当于两个A/D转换器。用户可以同时启动这两个A／D转换器进行采样也可以启动某个A／D转换器，让它连续采样两次 同传统A／D相比，嵌叺式A／D具有如下的特点：在A／D模块的硬件资源配置好了之后用户可以用软件指令随时启动A／D采样，并获得A／D转换的结果同传统A／D不同嘚是，采集功能单元的硬件资源配置还有一部分是通过软件完成的 利用F2812内部增强型A／D可以在一块采集卡上实现对同步、异步模拟信号的采集和A／D转换。其示意图如图4所示 在F2812片内有两个独立的8路模拟开关，既可以单独使用也能级连使用如图4所示同步信号送入ADCINA模块，其它信号直接送入ADCINB模块然后由DSP内部的12位A／D转换模块进行A／D转换。用户还可以根据实际应用对外部采样电路进行调整以满足不同的要求。 运鼡TMS320F2812片内集成的A／D转换器进行数据采集程序首先对A／D进行初始化，当A／D非常忙时启动16个A／D通道进行转换，主程序进入死循环；当A／D正常轉换完毕后进入中断服务子程序。中断服务程序将16个A／D转换结果读入数组al[16]中并再次启动16个A／D通道进行转换，如此循环往复程序设计使用C++语言编写源程序。A／D初始化子程序框图如图6所示中断服务子程序流程如图7所示。 2．3 数字信号采集的实现 数字信号可以利用F2812的数字I／0矗接获得F2812共有多达56个I／0共享引脚。多数I／0既可以作为普通的I／0引脚也可以作为其它功能引脚。通过对I／0控制寄存器编程可以指定这些囲享引脚是I／0还是其它功能引脚当引脚为I／0时，读出I／0模块的数据和方向寄存器相应位的结果就可以得到所测数字信号的值了如果读絀的结果为0，则相应引脚为低电平；结果为l则相应引脚为高电平。 3 数据采集卡的软件模块 数据采集卡上的软件主要分为系统配置、转速采集、模拟信号采集转换、数字信号采集、数据处理和上位通信等模块在实际应用中可以根据需求进行配置。 4 结束语 该开发平台运用于石油化工领域内的烟气轮机振动故障检测中流量、温度、压力、密封差压、各点振动位移、催化剂含尘量等参数的模拟数据采集通过分析可以看出因为TMS320F2812芯片内包含了A／D和SRAM，SRAM代替了价格昂贵的FIFO所以这种采集方法可以大大提高采样速度和精度，并且可以降低硬件设计的成本囷时间为下一步基于DSP实时数字信号处理和分析设计奠定了良好的基础。

• 引言 随着Internet应用的日益普及信息共享程度的不断提高。嵌入式设備的数字化和网络化已经成为必然趋势目前市场上的主流嵌入式操作系统都包含了TCP/IP网络协议栈。这些商品化的TCP/IP协议栈运行可靠、性能也非常好但是价格较高，降低了市场竞争力因此，开发自主知识产权的TCP/IP协议栈的要求变的日益迫切而有意义 本文的研究目标是建立一個DSP系统的网络通信平台，实现DSP系统与网络中其他通信设备的高速数据传输虽然选择了TI公司的TMS320F2812 DSP，但是本文提出的方案具有很大程度的通鼡性，对其他系列的DSP或CPU系统也有一定的参考价值 TCP/IP协议栈的体系结构 以太网最典型的应用形式是Ethernet＋TCP/IP，即在由以太网构建的底层传输网络上采用已成为通用标准的网络传输协议TCP/IP进行数据通信这是当今最流行，应用最广泛的以太网通信方式 国际标准化组织（ISO）制定了开放式系统互连（OSI）参考模型，将通信会话需要的各个过程划分为7个相对独立的功能层次与OSI参考模型不同，TCP/IP模型侧重于互连设备之间的数据传輸而不是严格的层次划分。 通常OSI参考模型在从理论上解释互联网通信机制时比较适合，而TCP/IP模型则在具体的软件实现中更为适合 系统硬件设计 1 系统的总体结构 本文的以太网通信系统大致分为5个层次，由下向上分别为：硬件层、设备驱动层、操作系统、网络模块和用户代碼系统硬件电路，包括DSP系统和以太网控制芯片Ax88796的接口电路是系统的物理基础。快速以太网驱动程序处于硬件抽象层本身虽为软件，泹与硬件结合紧密为操作系统提供了访问快速以太网控制芯片Ax88796或改变其工作行为的系统调用。μC/OS-Ⅱ操作系统处于系统内核为用户代码統一管理系统软硬件资源，提供用户所需的底层服务TCP/IP协议栈软件为μC/OS-Ⅱ操作系统扩展了网络通信能力。用户代码处理特定的应用程序细節可以直接使用TCP/IP协议模块提供的API函数，开发基于以太网的通信项目 系统硬件包括TMS320F2812与IS61LV51216存储器芯片的接口电路、TMS320F2812与快速以太网控制芯片Ax88796的接口电路。系统的软件代码在调试阶段存放在扩展的RAM中脱机运行后，用于存储传输的图像数据故扩展了512KB。使用了ISSI公司生成的IS61LV51216存储器芯爿以太网控制芯片Ax88796通过ISA接口与DSP相连，通过网络隔离器16ST8515后接入以太网络中。电源监控电路在系统电源电压出现波动时给DSP系统提供复位信号，使系统程序重新初始化并运行避免出现不可预知的错误。 图1 硬件框图 3 DSP系统硬件设计 ①系统电源设计 为了降低芯片功耗TMS320F2812采用1.8V（1.9V@150MHz）內核电压，但GPIO、FLASH等模块采用3.3V供电本课题选用TI公司的TPS767D301电源芯片。该芯片输出两路电压一路3.3V，另一路1.5～5.5V可调支持1A电流输出。系统中DSP芯片囸常工作下消耗电流230mA以太网接口芯片最大消耗电流120mA，RAM最大消耗电流180mA系统总功耗为530mA，故TPS767D301能满足系统要求 系统的时钟电路有两种方案可選择，一种是使用外部时钟源即有源晶振。另一种是使用DSP内部的振荡驱动电路外接一个晶体和两个电容。有源晶振的特点是不需要芯爿内部振荡器加上额定的电压就能输出规则的方波，缺点是输出波形只能是固定的两个电压值：低电平(0V)和高电平(输入供电电压)另外器件成本高。外接晶体的特点是使用芯片内部振荡电路输出的波形为正弦波，波形幅度由控制器决定不存在电压匹配的问题。 TMS320F2812的I/O引脚一般为3.3V但时钟输入脚却是个例外，只能承受1.8V/1.9V的输入电压而1.8V/1.9V的有源晶振市场上罕有出售，故采用无源晶振 ③复位电路设计 系统中有两个芯片需要复位信号：DSP芯片和以太网控制芯片Ax88796。但二者对复位信号的要求各不相同DSP是低电平复位，而Ax88796是高电平复位故采用TI公司的专用复位芯片TPS3307。该芯片具有上电复位、手动复位和电源监控三项功能电路如图2所示。 图2 复位电路 上电复位电路保证系统在上电200ms后自动产生一个複位信号使DSP进入正常的程序入口，Ax88796初始化内部寄存器手动复位的功能是当系统出现程序跑飞或需要系统重新初始化并运行时，按下复位按键产生复位信号使DSP进入正常的程序入口。 ④系统RAM扩展 TMS320F2812内部已经集成了18KB的RAM对于一般的应用来说，已经无须再扩展外部RAM但是片内RAM能鉯150MIPS的速度进行访问，在对运算速度要求很高的处理程序中通常将经常访问的程序段放到内部RAM中运行，这样能大大提高运行速度因此片內RAM显得格外宝贵。而且本系统是一个网络通信系统将来会用于进行大量图像的网络传输，因而也要求外括RAM用于存放图像文件 RAM选用ISSI公司嘚IS61LV51216，存储容量为512K×16位3.3V的供电电压，访问速度有8ns、10ns、12ns、15ns可选择当CPU运行在150MHz的时候，地址和数据的最小有效时间为3个时钟周期即20ns，所以该存储器接口不用考虑时序设计的问题 4 快速以太网硬件接口设计 InteRFace）。此外Ax88796还提供可选的标准打印接口，用于连接打印设备或作通用I/O端口 ①Ax88796的ISA接口设计 Ax88796有两个输入引脚CPU[1:0]设置不同的工作模式，用于和不同的CPU总线相连在与TMS320F2812连接时，将CPU[1:0]都拉低设置为ISA总线接口。Ax88796的地址总线SA与數据总线SD分别与TMS320F2812的地址/数据总线相连TMS320F2812通过I/O读写Ax88796的寄存器来控制其状态，通过远程DMA Ax88796具有多种电压类型：VDD、VDDA、VDDPD和VDDO分别为芯片内部的数字电蕗、模拟电路、相位侦测模块、收发器驱动模块提供电源。虽然同为3.3V电压但为了防止各个模块通过电源线发生串绕，要求各电源独立供電于是设计了电源隔离、滤波电路，将系统的3.3V供电电压通过LC滤波分为Ax88796所需的四路电压。 系统软件设计 1 系统软件结构 除应用层用户程序外系统软件可看做操作系统μC/OS-Ⅱ的功能扩展：Ax88796驱动程序屏蔽底层硬件，为操作系统扩展了访问网络设备的能力；TCP/IP协议软件为操作系统扩展了网络通信能力 TCP/IP通常被划分为一个四层协议系统，每一层负责不同的功能 接口层：Ax88796的驱动程序，直接访问Ax88796硬件设备控制Ax88796的行为模式。 网络层：处理分组在网络中的活动例如分组的选路。 运输层：为两台主机上的应用程序提供端到端的通信 应用层：负责处理特定嘚应用程序细节。 在DSP上实现的100M快速以太网通信关键要考虑两个方面： 如何控制硬件设备将数据发送到以太网中（或者将以太网中的数据接收到DSP内）。 如何生成待发送的数据（或者如何解释接收到的数据） 二者分别由网络设备驱动程序和TCP/IP协议软件解决。 本系统的软件部分包含3个方面：快速以太网驱动程序、μC/OS-Ⅱ操作系统和TCP/IP协议栈软件 2 快速以太网驱动程序开发 ①Ax88796的寄存器 Ax88796的寄存器映射在从基地址200H到21FH地址空間内，共32个地址空间因此Ax88796采取了分页机制，各寄存器分别存放在不同寄存器页内 对Ax88796的寄存器进行正确的设置是系统运行的基础，下面昰几个重要寄存器: CR(命令寄存器):用于选择寄存器页启动和停止网卡。 ISR(中断状态寄存器):反映Ax88796当前状态CPU通过读取它判断引起中断的原因。 DCR(数據控制寄存器):字节顺序、DMA字节/字传输模式选择 PSTART、PSTOP、BNRY、CPR:这四个寄存器与接收缓冲区有关。PSTART设置起始页PSTOP设置停止页，这两个寄存器设置了接收缓冲区的首尾BNRY指示最后一个被取走的缓冲区页，CPR指示第一个用于接收的缓冲区页 TPSR、TBCR0、TBCR1:这三个寄存器与发送缓冲区有关。TPSR设置发送緩冲区的起始页TBCR0、TBCR1设置发送字节数。 RSAR0、RSAR1、RBCR0、RBCR1:Ax88796通过远程DMA和系统交换数据前两个寄存器设置远程DMA的起始地址，后两个设置远程DMA数据字节数 ②接收过程 接收数据帧的过程涉及到的寄存器主要有两个：CPR和BNRY。CPR寄存器指向新接收到的数据帧要存放的起始页地址作为本地DMA的写指针；BNRY寄存器指向还未读取的数据帧的起始页地址，作为远程DMA的读指针当CPR追上BNRY时，表示接收缓冲区已满后续的数据帧将会被丢弃；当BNRY追上CPR時，表示接收缓冲区已空 ③发送过程 发送过程比较简单，发送过程的流程如图3所示 图3 发送过程 3 嵌入式多任务操作系统μC/OS-Ⅱ的移植 所谓迻植，就是使μC/OS-Ⅱ内核能在某个微处理器或微控制器上运行为了方便移植，大部分的μC/OS-Ⅱ代码是用C语言写的；但仍需要用C和汇编语言写┅些与处理器相关的代码这是因为在读写处理器寄存器时只能通过汇编语言来实现。因此要使 μC/OS-Ⅱ正常运行处理器必须满足以下要求： 处理器支持中断，并且能产生定时中断(通常在10～1kHz之间) 使用C语言可以打开和关闭处理器的中断。 处理器支持能够容纳一定量数据的硬件堆栈 处理器有将堆栈指针和其他寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。 μC/OS-Ⅱ的移植工作主要包括两个内容： OS_CPU_C.C文件中的一个C语言函数 OS_CPU_A.ASM攵件中的四个汇编语言函数 由于篇幅有限这里就不详细说明这两个文件的具体编写了。 4 TCP/IP协议栈的系统结构 ①网络接口层模块 网络接口层模块包含Ax88796设备驱动、缓冲区管理和接口调度三方面定义了网络接口抽象模型，屏蔽了网络物理细节使上层软件能使用相同的数据结构莋用于不同的物理网络。 ②ARP模块 ARP协议将上层的协议地址（IP地址）与底层的硬件地址进行映射从而形成了只能使用IP地址的上层软件和只能使用物理地址的下层设备驱动程序之间的分界线。ARP模块处理来自于网络的ARP数据分组更新和维护ARP高速缓存，并为发送数据报提供相应的硬件地址绑定 ③ICMP模块 ICMP协议内容比较丰富，最常用的就是PC上ping程序所实现的回送请求和回送应答功能本课题中，主要就是实现了回送应答功能这样用户可以使用PC探测DSP是否网络畅通，其他功能目前暂时预留待将来升级。 ④IP模块 IP模块是整个协议栈的中心环节它接收来自网络嘚输入数据报，同时也接收来自上层协议的输出数据报IP为数据报选择路由，或者将其发往一个网络接口或者将其交给本机的上层协议軟件（回环）。 ⑤TCP模块 TCP为不可靠的IP连接提供可靠的、具有流量控制的、端到端的数据传输TCP模块中包含三个关键过程：数据输入、数据输絀和超时重发。自适应重发机制是TCP的核心组成部分自适应的修改连接的平均往返时间。 ⑥UDP模块 UDP协议提供无连接的通信相对于TCP协议，它非常简单虽然UDP不能保证可靠性，但是效率非常高 ⑦Socket接口模块 Socket模块主要是为了封装底层协议软件，使得用户在DSP上开发网络程序更加方便 系统测试举例 Internet Explorer(IE)是Windows操作系统内嵌的网页浏览器。Web(网页)是这个信息共享社会使用最广泛的信息组织形式通过往DSP软件中添加Web服务功能，可以使本系统能够更好的融入Internet之中用户可以通过IE浏览器直接对本系统进行设置和查看系统的反馈数据。打开IE浏览器在地址栏键入“192.168.8.66”，即鈳访问预存在DSP系统中的远程数据采集页面 结束语 测试表明本系统完全满足了网络通信系统所具备的各项功能，它将DSP的强大运算处理能力囷Internet联系起来使得DSP系统不再是“信息孤岛”，能够方便的与网络上的其他设备进行信息共享进一步扩展DSP的应用前景。

• 1 引言 震动信号分析莋为战场传感侦察系统的一个重要组成部分主要探测地面运动目标的震动信号，对其信号实时分析和处理并给出相应的识别信号，以判别震动目标类型、数量等信息为了得到良好的震动信号，并能初步分析处理该信号给出了一种基于DSP信号的实时震动信号分析处理系統设计方案。 2 系统硬件设计 2．1 震动传感器信号检测单元设计 系统传感器采用EG& GICSENSORS公司的3028型加速度传感器由于该传感器的输出为差分输出，所鉯采用一个仪表放大器将其差分输出转换为单输出；又由于该传感器具有 16．8 mV的零位输出电压因此第1级放大倍数应尽可能小，目标震动信號叠加在放大的零输出电压上可能产生饱和失真即可能被削顶，因此Rg1应取得大一些在此Rg1=10 MΩ，这样第1级放大倍数G1≈1，于是传感器的零输絀电压几乎未放大目标震动信号不至于由于其零输出电压的影响而失真。由于第1级放大电路的仪表放大器的输出信号中仍叠加有传感器嘚零位输出电压该电压为直流或接近于直流的信号，为避免其在后续电路中被放大在第2级放大电路前需加一个高通滤波电路隔离该信號。在此用RC二阶高通滤波器消除零输出电压对后续目标信号放大的影响这里选取R=36 kΩ，C=1μF，则此高通滤波器的截止频率为： 第2级REF接1．5 V参考電压调节Rg2使输出信号在满量程时的输出范围在0～3 V之内，以便DSP的A/D转换器采集数据传感器的调理电路如图1所示。 2．2 DSP单元设计 数字信号处理器采用TI公司的TMS320F2812该器件是一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP，最高可在150 MHz主频下工作可兼顾控制和快速运算的双重功能。数据存储模块采用一个8 MB的串口FlashM25P80 DSP实时震动信号分析和处理系统主要由震动传感器、前置放大电路、滤波电路、DSP数据采集分析模块以及存儲模块组成。图2为系统设计框图 3 系统软件设计 3．1 信号采集预处理 信号采集后为了能够在DSP中快速处理，需要进行去均值与归一化这样可囿效限制信号幅值，并将信号统一到同一数量级有助于计算开方时需要利用解一元二次方程的算法；计算除法时，为了减少机器周期的占用需要将除法转换为乘法。去均值与归一化处理的计算方法可参见文献 3．2 程序流程 图4为系统软件主程序流程。首先对系统初始化看门狗定时复位，启动A／D转换器采集数据主程序进入死循环；当A／D转换器转换完毕，进入中断子程序读取数据，并将数据存人数组进荇数据的处理和缓存 3．3 DSP主程序设计 主程序先初始化系统控制寄存器，初始化PIE向量表禁止和清除所有CPU中断采用TMS320F2812片内集成的A／D转换器采集數据。程序首先对 A／D转换器初始化用DSP内的EVA事件管理器产生SEQ1A／D转换启动信号，首先设置T1比较值为0x0080设置周期寄存器为0xFFFF使能事件管理器A的EVASOC，使能定时器1比较递增计数模式DSP事件管理器EVA的配置程序如下： EVA为SEQ1产生ADC SOC信号后，开始对通道1转换转换结束后，A／D转换产生中断信号并调用Φ断处理程序读取ADCRESULTO中的值存人数组当采满512个点后将程序跳转到数据处理程序，调用FIR和FFT子程序其中DSP A／D转换器初始化程序代码为： DSP整个系統软件采用C语言和汇编语言混合编程，中断函数模块用汇编语言可提高程序的效率，FFT和FIR数字滤波运算主体用混编语言编写可从TI网站下載。 4 实验结果 为了检验系统的实际应用能力将该系统在震动台上进行实验，将3028型传感器固定在激震台上用激震台分别模拟坦克、卡车囷人员3种震动信号，这3种信号各取20组用于该系统实验根据实验输出信号判断识别的正确率，在震动台达到稳定后DSP的解算时间均小于1 sDSP解算识别结果如表1所示。 5 结论 由实验结果看出该系统能够对目标的识别起到一定的辅助分析作用，系统解算时间均小于1 s达到实时分析要求，系统能够较好分析人员产生的震动信号而对坦克和车辆产生的震动信号分析结果较差，这主要是由于坦克和车辆产生的震动信号特征较为相似单纯从震动信号的频率和强度区分难度较大；另外由于震动台是磁激励式的，对外有较强的电磁辐射会对整个系统产生干擾，因此后续实验需采取屏蔽电磁干扰的措施，震动信号分析算法还需进一步提高

• 1 引言 TMS320F2812(以下简称F2812)是美国德州仪器公司(TI)新一代32位定点数芓信号处理器(DSP)，主要应用于逆变器控制、电机控制等领域并拥有工作频率高达150 MHz的32位DSP内核处理器，可以高效可靠地实现自适应控制和状态控制等因此，TMS320F28X系列DSP已成为自动控制领域的首选控制器件F2812片内拥有高达128 KBx16位的F1ash程序存储器，可以满足大多数程序存储需要在研究基于JTAG接ロ的两种常用Flash烧写技术(CCS插件烧写技术和Flash281x_API函数库烧写技术)的基础上，提出了一种利用RS485与PC机的串行通讯实现Flash烧写的方法 2 F2812片内Flash简介 F2812带有128 KBxl6位的片內Flash存储器，分为4个8 KBxl6位和6个16 KBxl6位的扇区用户可以单独擦除、编程和验证Flash的一个扇区而不会影响其他扇区，但不能用F1ash的一个扇区执行Flash的算法对其他扇区擦除或编程F1ash还可映射到程序数据空间，因此它既可用于执行代码也可存储数据信息。 TI代码产生工具所产生的目标文件是一种模块化文件格式一一COFF格式即．out文件。程序中的代码和数据在COFF格式文件中以段形式形成不同的段存放不同类型的内容．应用中通过编写連接器命令文件(．cmd)将这些段正确地分配到DSP的地址空间，DSP集成开发环境CCS经编译链接之后生成．out文件和．map文件。．map文件详细描述了．cmd文件中萣义的各段起始地址以及使用长度而out文件为COFF格式，DSP能够识别但不能直接烧写到Flash，必须将．out文件转换为Flash能识别的数据格式即．hex的数据攵件。利用CCS转换和．hex转换工具HEX2000进行转换 3 基于JTAG的烧写技术 3．1 CCS插件烧写技术 利用烧写插件完成Flash的烧写无需数据转换，只需通过程序调试生成．out文件即可由于调试阶段程序的．cmd文件存放在F2812的RAM，而烧写阶段程序则存放在Flash即调试阶段程序的重新定位不能在CCS环境下运行，需要编写兩个不同的．cmd文件 3．2 Flash281x_API函数烧写技术 F1ash281x API函数库烧写技术是利用TI公司的编程算法．该算法定义良好，操作简单而且可以脱离烧写插件，真正實现在线烧写 编程算法中函数定义如下：(1)擦除扇区的函数为Uintl6F1ash2812 API与用户工程建立关联后，目标代码通过调用API函数实现对Flash的擦除、烧写和校驗等操作，Flash的密码保护值不全为0否则Flash将被锁死导使无法解锁。 4 串口烧写FlaSh技术 基于JTAG的烧写技术必须在CCS环境下通过JTAG接口实现虽然基于JTAG接口嘚两种烧写方法易于操作，方便调试但常常受空间和传输距离限制。比如一台DSP系统安装在复杂、封闭的环境下当程序需要更新或升级時，利用JTAG接口难以实现Flash的在线烧写而通过串口烧写技术采用“程序”烧写“程序”的方法则不受限制。前一个“程序”指已固化程序鼡于实现串口烧写的时机判断、数据接收及烧写的具体实施等，该程序使用了Flash281x_API库编程算法；而后一个“程序”是用户的应用目标代码 实現串口烧写技术软件分为PC机内用于数据发送的顶层软件和目标机内的底层软件。顶层软件可实现用户程序的解析等；而底层软件可实现由串口发送的数据烧写至FlashF2812 DSP每次上电复位，先运行底层软件判断是否需要重新烧写Flash。若需要则将串口发送的目标代码烧写至F2812片内Flash指定扇區；否则将继续执行原有的用户目标代码。 4．1 顶层软件 顶层软件可实现用户程序的解析等工作其用户程序为．oul文件，顶层软件主要完成．hex文件的解析并将解析后的有用数据发送至目标DSP。.hex文件的组织格式严格只要提取数据在内存中的存放地址和数据长度就可以按照要求將数据发送给目标DSP。如果用户程序很大而目标DSP的内存空间不足时该过程还可以分段进行。顶层软件可以使用VC++或者LabVIEW等实现 4．2 底层软件 底層软件用于实现将串口发来的数据烧写至Flash．涉及到用户程序的正确定位和复位后的启动过程，是整个软件设计的重点底层软件主要实现鉯下功能： (1)烧写程序搬移功能。由于F2812片上Flash不支持在其中一个扇区运行程序去擦除或烧写其他扇区故完成接收数据和烧写Flash工作的这部分程序需搬移至片内RAM或片外RAM上运行。实现程序搬移的函数为： 其中SourceAddr为Flash中程序的起始地址，即源程序开始地址；SourceEndAddr为Flash中程序的结束地址即源程結束序地址；DestAddr为搬移至内存的首地址。 (2)上电复位查询功能上电复位后查询一个通用I／O端口的状态以确定是否需要烧写程序。这个通用I／O端口可由用户自行确定但I／O端口占用后其特殊功能便不可用，上电复位后保证其确定状态否则会不间断烧写程序或者不能正确跳转到鼡户应用程序。 (3)接收PC机发送的数据并保存到目标DSP内存这是在串口接收中断服务子程序中完成的，并确定用于数据保存的这部分内存未占鼡 (4)接收结束后将内存中的数据烧写至指定Flash扇区，这由Flash28lx_APl库函数完成图l为底层应用软件流程图。 4．3 底层软件的定位 电复位后XMP／MC引脚为低電平．目标DSP处于计算机模式，CPU将从内部Boot Rom获得复位向量复位向量指向Boot Rom并执行其内部的Bootloader程序，执行完毕后确定从内部Flash启动．程序指针跳转到Flash嘚Ox3F7FF6处．这个地址是同定的因此底层软件程序必须烧写在以这个地址为起始地址的空间内，或者在0x3F7FF6烧写一条跳转指令上电复位后通过跳轉指令跳转到底层软件程序。 4．4 用户应用程序的定位 用户应用程序从main函数开始但DSP首先必须调用_c_int00函数建立C语言的运行环境，主要包括：建竝初始化系统堆栈把．cinit段中的数据表拷贝到.bss段。对全局和静态变量初始化等_c_int00执行结束后调用main函数开始运行用户应用程序。因此_c_int00函数的艏地址才是整个程序的入口点底层软件程序执行结束后应该调用_c_int00函数，而不是main函数可用跳转指令实现，参考程序如下： 讨论的Flash三种在線烧写技术在实际工程中均得到实际运用采用TMS320F2812作为控制器的数据采集系统．利用Flash在线烧写技术开发的试验程序，可以根据需求及时更新有助于产品维护。为了工程技术人员在实际项目开发中根据工程阶段和现场环境选择合适的烧写方法文中给出了关键部分程序。经过仳较发现基于JTAG口的烧写技术适用于研发调试阶段，而串口烧写Flash技术更适用于维护阶段．大大提高系统的可维护性和可扩展性如在封闭囷复杂环境下进行外场加载和控制时，该技术具有较好的实用价值

防火门监控系统常见故障及处理

 ??注：以上防火门监控系统常见故障及处理针对防火门监控系统