精品论文瞬变电磁仪的设计文档格式.docx

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2.学习和掌握DSP相关知识；

3.深入研究闸门开度仪DSP部分的软件编程；

4.在构建完成系统的基础上进行实验室调试。

院长签字：

指导教师签字：

中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；

②独立解决实际问题的能力；

③研究内容的理论依据和技术方法；

④取得的主要成果及创新点；

⑤工作态度及工作量；

⑥总体评价及建议成绩；

⑦存在问题；

⑧是否同意答辩等）：

成绩：

指导教师签字：

年月日

中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；

②基础理论及基本技能的掌握；

③综合运用所学知识解决实际问题的能力；

④工作量的大小；

⑤取得的主要成果及创新点；

⑥写作的规范程度；

⑦总体评价及建议成绩；

⑧存在问题；

⑨是否同意答辩等）：

评阅教师签字：

中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩

答辩情况

提出问题

回答问题

正确

基本

正确

有一般性错误

有原则性错误

没有

回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：

学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：

摘要

当今人类社会正逐步进入信息时代，数字化是各种信息或信号进行有效获取、存储、处理、综合与应用的基础。

在这种情况下，所出现的数字信号处理技术（DigitalSignalProcessing）及其集成化产品，为数字信号处理提供了广阔的发展空间，创造了高效、灵活、实用的条件。

数字处理的理论和技术己成为应用于众多领域的新兴学科。

本文介绍了基于DSP集成的闸门监控系统的设计方案以及测量闸门开度的硬件方法。

微处理器芯片采用TI公司的TMS320vc5402DSP，分为电源、复位电路，存储器，显示器及键盘，传感器接口，通用串行通信（RS232、RS485），A/D与D/A转换电路及仿真模块几个部分分别加以论述。

为提高基于DSP的高速数据采集的通信速度，针对TMS320vc5402DSP片内集成的增强型8位HPI外设可在不增加CPU负担的基础上与主机实现高速通信的特点，设计了5402通过HPI和计算机并口进行通信的硬件电路，并通过HPI进行系统程序的加载。

本文对软件部分的设计也进行了简要的介绍，并在最后提出了软硬件抗干扰意见。

关键词：

闸门开度;

DSP芯片;

软件设计

ABSTRACT

Today，wearecomingintoinformationagestepbystep，Digitizingisthebaseofsignal’sacquirement，storage，process，synthesesandapplication.Inthiscondition，DigitalSignalprocessing（DSP）andit’sproductofferwidedevelepmentspaceandmakeanefficient、flexible、practicalconditionfordigitalsignalProcessingapplication.ThetheoryandthetechnologyofdigitalsignalProcessinghavebecomethenewsubjectthatappliedinmanyfields.

ThisarticlemakesanillustrationaboutthedesignofcomputermonitorsystemformilldamProcessProcedureandthemethodformeasuringgateopeningbasedonDSP.ProcessorisTMS320vc5402DSPproducedbyTI,ThesystemiscomposedofPowercircuitry,Resetcircuitry,ROMexpand,keyboardanddisplaycircuitry,sensorcircuitry,RS232、RS485serialcommunication,A/DandD/AcircuitryandJTAGemulator.InordertoimprovetheprocessorcommunicationspeedindataacquisitionbasedonDSP，thepaperPresentsthedesignofhardwarecircuitof5402HPIandcomputerParallelPortscommunication，RealizetheBootloaderofsystem.Basedontheintegratedenhanced8bitHPIonchipPeripheralofTMS320VC54O2DSP，thenewdesigncanrealizethehighspeedcommunicationwithoutanyadditionalhandshakeProtocol.Thisarticlealsointroducedthedesignofsoftware,andadvancestheanti-jammingofsystem.

Keywords：

Toleranceofmilldamopening;

DSP;

Softwaredesign

第1章概论.…………………………………………………………………1

1.1课题背景与研究目标………………………………………………1

1.1.1课题背景…………………………………………………………1

1.1.2研究任务和目标……………………………………………………2

1.2可能遇到的问题……………………………………………………2

1.3本文工作及论文内容安排…………………………………………2

1.3.1本文工作………………………………………………………………2

1.3.2论文结构………………………………………………………………2

第2章闸门开度仪简介…………………………………………………………3

2.1闸门开度仪的应用场合………………………………………………3

2.2闸门开度仪在水闸自动化监控系统的作用.………………………4

2.3闸门开度仪的发展现状.………………………………………………5

2.3.1闸门开度传感器.…………………………………………………5

2.3.2闸门开度仪.………………………………………………………5

2.4闸门开度仪的发展前景.………………………………………………6

第3章DSP芯片简介与选型.…………………………………………………8

3.1引言…………………………………………………………8

3.1.1DSP系统构成………………………………………………………9

3.1.2DSP芯片的基本结构和特征………………………………………10

3.1.3数字信号处理系统的特点…………………………………………13

3.2DSP系统的设计流程………………………………………………13

3.3DSP芯片的选择…………………………………………………15

3.3.1DSP芯片的运算速度………………………………………………15

3.3.2DSP芯片的价格……………………………………………………16

3.3.3DSP芯片的硬件资源………………………………………………16

3.3.4DSP芯片的运算精度………………………………………………16

3.3.5DSP芯片的开发工具………………………………………………16

3.3.6DSP芯片的功耗…………………………………………………17

3.3.7其他…………………………………………………………………17

3.4TMS320VC5402芯片体系和结构…………………………………17

3.4.1总线结构………………………………………………………18

3.4.2中央处理器（CPU）…………………………………………………18

3.4.3片内外设……………………………………………………………19

3.4.4中央存储器组织……………………………………………………19

3.5结论…………………………………………………………………19

第4章基于DSP的闸门开度仪的系统电路设计……………………………20

系统综述及系统结构图……………………………………………………20

4.1电源电路………………………………………………………22

4.2复位电路………………………………………………………22

4.2.1DSP复位的特点以及对监控芯片的要求…………………………23

4.2.2MAX6369—MAX6374监控芯片的原理及应用…………………23

4.2.3监控芯片的几点注意………………………………………………24

4.3存储器接口………………………………………………………25

4.4显示器接口及键盘接口电路………………………………………26

4.4.18279芯片显示输入分析及接口电路设计………………………26

4.4.28279芯片键盘输入分析及接口电路设计………………………27

4.5传感器接口电路……………………………………………………29

4.5.1传感器简介…………………………………………………………29

4.5.2传感器的分类………………………………………………………31

4.5.3传感器接口电路……………………………………………………32

4.6串口通讯接口………………………………………………………38

4.6.1　TMS320C32的串口………………………………………………38

4.6.2串口通讯接口特点和接口转换……………………………………38

4.7A/D与D/A转换电路……………………………………………42

4.7.1A/D转换芯片TLV2548……………………………………………42

4.7.2D/A转换芯片TLVV5636…………………………………………42

4.7.3A/D与D/A转换电路硬件接口……………………………………43

4.8仿真模块……………………………………………………………43

第5章系统的初始化及计算机并口通信的实现……………………………44

5.1系统引导装载方法（Bootloader）…………………………………44

5.2利用HPI的初始化…………………………………………………46

5.2.1增强型8位HPI（HPI28）简介……………………………………46

5.2.2硬件设计………………………………………………………46

5.2.3软件设计………………………………………………………48

5.3DSP与计算机并口通信……………………………………………48

5.4结论…………………………………………………………………50

第6章系统的抗干扰设计……………………………………………………52

6.1系统干扰的来源与后果……………………………………………52

6.2供电系统干扰及抗干扰措施系统…………………………………52

6.3印刷电路板及电路的抗干扰设计…………………………………55

6.3.1地线设计………………………………………………………55

6.3.2电源线布置………………………………………………………55

6.3.3去耦电容配置………………………………………………………55

6.3.4印刷电路板的尺寸与器件布置……………………………………56

6.3.5其他………………………………………………………………56

第7章结论与展望………………………………………………………58

7.1结论…………………………………………………………………58

7.2毕业设计的收获……………………………………………………58

7.3存在的问题不足……………………………………………………59

7.4展望…………………………………………………………………59

参考文献…………………………………………………………………61

附录1系统电路图……………………………………………………………63

附录1软件流程图……………………………………………………………64

翻译部分……………………………………………………………………71

英文原文…………………………………………………………………71

中文译文…………………………………………………………………78

致谢……………………………………………………………………………82

第1章概论

1.1课题背景与研究目标

1.1.1课题背景

在微处理器出现之前，模拟表计是工业现场唯一的测量仪表。

由于其发展年代较早，因而品种比较齐全，应用范围广。

且在静态时能达到较高的精度，现在它们常用来作为数字仪表的校准工具。

模拟表计按照其测量原理的不同可分为电磁系仪表、电动系仪表、静电系仪表、感应系仪表、整流表系仪表等。

模拟表计均为指针式仪表，大多利用电磁感应定律和力矩平衡原理求得测量值，由于原理和机械结构的影响，模拟表计存在不少缺陷，模拟式非智能型的闸门开度仪,由于其功能少,对传感信号的处理结果易受外界影响,存在温度漂移和时间漂移问题，闸门开度数据不易远距离传输等,已经逐步被淘汰。

自从本世纪70年代初微处理器芯片MPU出现后，采用以MPU为核心的单片微机，加上传感器、模数转换器等构成的智能化数字式仪表代替了原先工业现场的模拟表计。

这种表计结构简单，安装方便，易于和上位机接口与通信，测量精度高，数据处理方便，功能完善，可以实现数据的存储、显示、打印等，大大提高了工作效率。

但随着自动化水平的提高，数据采集的实时性要求也越来越高。

特别是在水利水电系统中，需要测量的对象较多，此时运用传统的单片机组成的测试系统进行数据采集已逐渐远不能满足这一要求。

另外，用户又提出了智能化仪表对图像，声音等多媒体信号采集与处理的要求，此时单片机更是无能为力。

如何处理这一矛盾呢？

人们经过研究，选用性能更高的数字信号处理器（DSP芯片）作为装置的CPU，实现实时采集数据并进行高速运算，并对被控对象进行控制，同时对多媒体信号的采集与处理提供了技术上的可能。

数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于诸多领域的新兴学科。

20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。

在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。

20世纪70年代末80年代初世界上第一片单片可编程DSP芯片的诞生，将理论研究结果广泛应用到低成本的实际系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。

可以毫不夸张地说，DSP芯片的诞生及发展对近20年来通信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。

1.1.2研究任务和目标.

本设计以DSP芯片为控制运算核心实现闸门开度仪的各项功能。

DSP芯片选用TI公司54X系列的TMS320VC5402,完成闸门开度仪的各个模块的芯片选择组合及电路具体连接，绘制出电路原理图，在原理上实现闸门开度仪的各种功能。

在此基础上系统尽可能的完善考虑到可靠性，通用性，扩展性及抗干扰措施。

1.2可能遇到的问题.

1DSP芯片的知识准备不足

2对水利水电设施对电器系统需要有更深的了解

3要从全局的高度设计各个模块间的协作及尽量全面的考虑到各种情况

4如何提高仪器硬件的集成度及提高仪器的抗干扰性能

5对专用电路EDA设计软件（如Protel）的要求较高

1.3本文工作及论文内容安排

1.3.1本文工作

本文主要研究的是基于定点DSP芯片TMS320VC5402为控制运算核心实现闸门开度仪的各项功能。

在对设计题目进行充分考察，查阅国内外闸门开度检测技术的有关文献资料，及学习DSP芯片知识的基础上；

提出本文论述的闸门开度仪表的总体设计方案。

根据系统的技术要求并充分考虑各硬件资源的功能优势，确定了系统的整体方案，分为以下几个模块：

中央处理器单元，复位电路，存储器接口电路，电源电路，显示器及键盘接口电路，传感器接口电路，串行通信接口电路，模拟量输出电路，仿真接口模块。

从而构成功能较为齐备的智能化测量、控制仪表。

1.3.2论文结构

第1章介绍了课题背景与研究目标及论文内容安排；

第2章主要说明了闸门开度仪的应用场合，功能及现阶段的发展情况；

在本文的第3章对DSP的发展，结构，器件特性以及开发流程做了简单的介绍；

第4章是本文的重点，介绍了基于DSP的闸门开度仪的硬件设计并分模块对设计进行了详细的论述；

第5章介绍了系统的初始化及计算机并口通信的设计；

在第6章分别对系统的软硬件抗干扰设计进行描述；

最后对课题作出了结论，分析了不足之处并作出了展望。

第2章闸门开度仪简介

2.1闸门开度仪的应用场合

我国地域辽阔，人口众多，水资源紧缺，时空分布差异大，水旱灾害频繁。

长期以来我国人民受利于水,受害于水，与水灾干旱进行了长期的斗争。

特别是党的十四大以来的五年,跨世纪特大型水利枢纽黄河小浪底、长江三峡工程的建设，治淮、治太等一大批重点水利工程的开工，水利立法的不断完善，水利投人的不断增大，水利改革的不断深人，水患意识的不断增强。

这一切都标志着这一时期是党中央、国务院最重视水利的时期，也是水利发展最快的时期。

截止到l997年底，我国共有水库8.5万座,居世界第一位。

全国己建、在建总库容20亿立方米以上的大型水库有47座，坝高l00m以上的大坝有53座，装机容量50万KW以上的水电站有37座。

5年来，城乡供水事业取得长足发展，年供水能力达到5200多亿立方米，解决了4000万人的饮水困难；

水电建设发展迅速，水利系统水电总装机己达2430万KW；

水利建设事业呈现出前所未有的大好形势。

随着国民经济及科学技术的进一步发展，科学管理水资源越来越显示其重要性和必要性，尤其是在我国水资源并不充裕的情况下，水资源必然成为国民经济发展及人民生活水平提高的制约因素。

要解决好新世纪水的问题，就必须调整治水思路，转变治水方针，从工程水利向数字水利转变，从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变。

进一步发挥水利工程效益，提高供水设备的准确性和可靠性，已成为当前的迫切任务。

自动控制、通信及计算机技术的不断发展，把遥测遥控、通信及计算机技术应用于闸门及水位等参量的自动测量、计算、控制和调节，来实现水资源的合理输送、节制和分配，就是水闸监控系统的主要内容和目标。

信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我国产业优化升级和实现工业化、现代化的关键环节。

要把推进国民经济和社会信息化放在优先位置。

水利是国民经济和社会发展的基础设施，必须适度超前发展。

水利的现代化，离不开水利信息化的支撑。

水闸自动化监控系统是当前我国大力推进的水利信息化的重要组成部分。

而闸门开度仪是在水利水电系统中必备的智能测控仪器，发挥着不可取代的重要作用。

2.2闸门开度仪在水闸自动化监控系统的作用

各水电所使用的控制装置品种繁多，有触点式程序控制装置、步进式顺序控制装置、单片机或单板机控制装置、STD工业控制机装置以及可编程序控制器装置。

一种典型的水闸自动化监控系统拓扑结构如图2-1，其中现地控制单元LCU（LocalControlUnit）有的采用8位或16位单片机，致命的缺点是不便于扩充;

现在流行使用可编程控制器PLC，有可靠性高、组态灵活等特点。

操作站和管理计算机有的使用一般微机，有的采用工控机。

另外，在闸门监控系统中也逐步应用了一些先进技术，如集散控制、分布式技术、现场总线技术、以太网技术等。

PSTN

2-1闸门监控系统拓扑结构

闸门开度仪是集数据采集技术、数字处理技术、通讯技术等为一体的智能测控仪器。

他以微处理器芯片为控制运算核心，采用数码管显示、键盘输入作为人机界面。

仪器实时采集闸门开度信号，并通过计算后与高度预设值对比，作出判断，及时输出控制信号，同时实现与上位机的远程通讯任务。

2.3闸门开度仪的发展现状

2.3.1闸门开度传感器

根据输出信号的类型,闸门开度传感器可分为模拟式和数字式。

早期的模拟式闸门开度传感器一般以精密线绕多圈电位器作为传感器件.这种传感器的优点是结构简单、成本低廉,且信号传输只需要三芯电缆,传输费用低,系统停电不会丢失闸门开度信号。

其不足是电信号有一定的温漂,但基本满足水利工程中测量闸门开度的要求。

数字式闸门开度传感器又分为计数式和直接编码式两种。

计数式传感器的工作原理是对闸门启闭机某一转动轴的角位移通过计数脉冲进行计数,以某一方向的角位移为正进行加计数,以相反方向的角位移为负进行减记数.记录脉冲可由光电器件、干簧管或霍尔器件产生.数据的记录过程和保存都需要有电源支持,其输出的数据格式可以是二进制、BCD码或格雷码。

直接编码式闸门开度传感器是将启闭机某一转动轴的角位移通过码盘、微动开关、光电器件或黑白条码直接按某一码制进行编码输出,它的数据不需要借助于电源来记录和保存,它的可靠性取决于码盘及其触针的可靠接触寿命、微动开关的机械和电气寿命、阅读黑白条码的光电器件的寿命。

事实上,半导体光电器件的寿命最长,应是直接编码式闸门开度传感器的首选。

另外,在具体的编码结构上,如果将传感器的整个量程范围,通过传动轴最终在360°

范围内实现全部编码,则这种传感器将不可避免地出现较大的回差,即从码盘的一个转动方向改变为相反转动方向时,在开度的一个变化范围内传感器的输出数据无变化.最新的设计是使一周只分辨32个数据,若传感器共可分辨4096个点,则传感器的转动轴在全量程范围内可转128周。

这样一来不仅消除了回差,而且提高了传感器的测量精度。

2.3.2闸门开度仪

大中型水闸启闭过程中需要掌握的基本数据之一就是闸门启闭开度,闸门开度仪一般不仅可以测量、显示闸门的开度,而且可以通过预先设定,将闸门自动控制到欲启闭到的开度,从而方便了闸门启闭的控制。

根据是否使用计算机芯片,可将闸高仪分为智能型和非智能型;

根据输入信号的类型,闸门开度仪分为模拟式和数字式两种。

模拟式非智能型的闸门开度仪,由于其功能少,对传感信号的处理结果受温度影响,闸门开度数据不易远距离传输等,将逐步被淘汰.相反,