天津大学2010届本科生毕业设计（论文）
XCLKINX1X220M 图3-1 TMS320F2808的时钟电路
DSP要求复位信号从低到高之前，时钟必须已经稳定工作了若干时间(毫秒级) ，同时对复位信号的低电平宽度也有要求，而且复位信号上不应有毛刺出现，可以说复位电路对微处理器来说非常重要。本文采用的复位电路如图18所示，延迟电路加上反相施密特触发器可以保证电路板加电后，无需手动复位或外加复位，DSP就能正常启动和工作。
Vcc反相施密特10K触发器DSPReset10?F 图3-2 TMS320F2808的复位电路
3、上位机通讯电路
在惯导系统中，需要导航计算机对加速度信息进行存储、分析等处理，这就使得在再平衡回路设计中要考虑与导航计算机的通讯。在TMS320F2808中有两个串行通讯（SCI）接口，在本次设计中我们将SCIA用作和上位机通讯的接口。由于PC机串行口使用的是标准RS-232-C电平，与DSP并不匹配，所以在DSP和PC机之间采用MAXIM公司的MAX232进行电平转换。
3.2 开发工具CCS简介
CCS是TI推出的用于开发其DSP芯片的集成开发环境，它采用了windows风格界面，集编辑，编译，链接，软件仿真，硬件调试以及实时跟踪功能于一体，极大地方便了DSP程序的设计与开发[13]。
本课题使用的是CCSV3.3版本，安装CCS之后运行软件之前，需要首先运行CCS的设置程序。该设置程序用于建立CCS集成开发环境与目标板或者simulator之间的通信接口。CCS是一个开放的环境，通过设置不同的驱动完成
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对不同环境的支持。本课题使用了ICETEK-5100USB2.0A仿真器来实现程序的在线调试和下载。
在windows环境下安装CCS3.3软件后，在桌面上会出现Setup和应用程序的两个快捷按钮。Setup主要用来配置所需要开发的处理器类型，硬件设备的选择情况等，应用程序启动CCS IDE开发环境，编写，调试以及优化代码。为了使开发环境能够通过仿真器同目标硬件系统建立可靠的联系，必须安装相关的驱动程序。不同版本的驱动支持的软硬件有所区别。
目标系统配置选择好开发板和处理器之后，需要添加GEL文件，即通用扩展语言，它类似于C语言，可以用来配置CCS开发环境，也可以用来初始化目标CPU。CCS提供了丰富的内嵌GEL函数，用户也可以自己定义GEL函数[14]。在处理器属性的GEL文件窗内为每个处理器选择用户的GEL文件。然后保存并退出，开始程序的编写。
3.3 SPI程序相关
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置 FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS。SPI有主控和从动两种工作模式。有125种可编程的波特率。数据字长1~16位。在点对点的通信中,SPI接口不需要进行寻址操作,且为全双工通信,显得简单高效。在多个从器件的系统中,每个从器件需要独立的使能信号,硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器,传输的数据8位,在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下,按位传输,高位在前,低位在后。
本课题中DSP工作在主机输入从机输出的模式，把ADS1271转化后的数字信号传输到DSP中进行后续处理。SPI程序使用中断的方式编写，ePWM模块提供时序信号，由于ADS1271输出的数字信号是24位，而SPI的数据字长最多时16位，因此需要在程序中用两个变量data1和data2分别存储数据的高低位，然后连接起来存入变量data中让后续SCI程序处理。具体的程序参见附录。
3.4 SCI程序相关
SCI串行外设接口总线系统是一种两线异步串行外设接口，也可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信，也就是通常所说的UART。SCI模块支持CPU和其他使用标准不归零格式的外部设备之间的异步数字通信。为了减少CPU的开销，串行通信接口SCI接收器和发送器都有一个16级深的FIFO缓冲器，且有各自的使能位和中断位。它们能够在半双工模式下分时工作或者在全双工模式下同时工作。为了保证数据的完整性，SCI模块会对接受数据进行中断检测、奇偶校验、溢出和帧信息错误检测等。此外，通过一个16位的波特率选择寄存器，可以对波特率进行编程。SCI模块有两个外部引脚：发送输出引脚SCITXD和接受输入引脚SCIRXD。数据字的格式包括一个启动位，数据字长度（1~8）位可编程，可以选择奇校验、偶校验和无奇偶校验工作模式，可以选择一个或两个停止位。F2808的SCI和以往的DSP的SCI相比具有两个特点：一是传送、接收都具有独立的FIFO：二是波特率可以自动检测。自动波特率检测
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逻辑主要解决通信过程中终端波特率的确定问题。而其16字的FIFO可大大减少通信中断次数，提高通信速率。SCI有一个16位的波特率选择寄存器，通过改变寄存器的值可以得到多于65000种的波特率。
本课题中DSP利用SPI接收到表头在同一位置时发出的5个数据之后分别通过子函数把5个数据转化成字符串格式以便发送，接着编写字符串连接子函数把5个字符串连接起来一起加上帧头?*?之后发送出去，详细程序参见附录。 DSP程序的流程图如下： N 等待中断 初始化系统各模块 N Y 关中断 定义各变量及函数 中断次数大于等于5 开始 数据转化为字符串逐个连接在‘*’之后 用SCI发送字符是否中断 串 通过SPI接受数 据 图3-3 DSP程序流程图
Y 结束
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第四章 LabVIEW程序
4.1 LabVIEW简介
LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，
类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数 库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断 点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。
虚拟仪器（virtual instrumentation）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。
4.2 串口说明
串口通信是计算机上一种非常通用设备通信方式，同时也是仪器仪表设备
通用的通信方式。RS-232总线是早期采用的通用串行总线，很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。串口通信的概念非常简单，串口按位(bit)发送和接收字节。尽管比按字节(byte)的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同 时用另一根线接收数据，能够实现远距离通信。串口通信主要用于ASCII码字符的传输。在开发DSP的控制系统时需要测试DSP的串行通信接口(SCI)，模拟实现上位机与下位机即PC与DSP通信。PC机的串口通信软件可用VC++或VB编写，但是这些高级语言程序代码冗长复杂，不便进行功能拓展。如果对串口数据进行分析，则需推翻原有程序结构，重新编制代码。而图形化编程语言LabVIEW的出现为串口调试与数据分析带来了极大方便。LabVIEW提供了各种图形化程序，用户不必熟悉串口总线，利用提供的图形化驱动程序就可以驱动串口通信。本课题开发了基于LabVIEW的串口调试程序，并成功实现了PC与DSP
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的串行通信。
4.3 LabVIEW程序说明
考虑到软件的实用性和开放性，采用VISA(虚拟仪器软件规范)接口模块来进行编程。VISA是应用于仪器编程的标准I／O应用程序接口，是工业界通用的仪器驱动器标准API(应用程序接口)，采用面向对象编程，具有很好的兼容性、扩展性和独立性。例如本课题编写的VISA接口程序，当外部设备变更时，只需要更换几个程序模块即可，很方便而且开发效率高[16]。
LabVIEW 的功能模块VISA中包含串行通信常用功能的模块。串口通信使用的VISA库中的串口通信函数包括VISA配置串口，VISA写入，VISA读取。VISA关闭等。VISA配置串口用于串口的初始化，可以设置VISA资源名称，波特率，
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数据位，停止位等信息，本课题所用串口波特率是9600，8位数据位，1位停止位,这些可以通过前面板很方便地设置。VISA读取是这个课题中的主要节点，将串口中的数据读出，然后利用LabVIEW强大的数据处理功能进行分析处理，它需要连接VISA资源名称，byte count端用于设置所要读取的字符数。VISA关闭用于把打开的VISA资源关闭。为了串口读取数据的准确，在读取之前加一个延时模块，延时时间可用前面板输入。LabVIEW从缓冲区中读出字符串流，判别帧头?*?，然后读取接下来的40个字符，字符流在截取字符串VI的作用下分成5段并转化成数值，除去信号处理电路的增益就可以得到采样电阻上的电压值，以此值作为加速度计的输出。根据第五章介绍的实验方法，程序需要在四个位置分别记录数值，这个操作通过一个分支结构来控制。接着程序把电压值以表格的形式存在文本文档中以便日后查询。最后表头在各个位置时得到5个电压值会被平均，通过第五章中的公式就可以求出模型方程的系数。由于数据都是成行地出现，所以程序中使用了很多数组处理的VI，例如，数组合成，多维数组拆分为一维数组等。程序中还使用数理统计中的求均值VI。这些VI的使用大大简化了程序的设计，而不用去整理大段的代码，正体现了图形化编程软件的优势。 LabVIEW程序的流程图如下： 把字符串拆违5段，开始 每段转化为数据 串口初始化 除掉电路中产 生的倍数，存入 Y 文本文档 1秒的延时 取出数据， N 计算参数 帧头是‘*’ 结束 图4-1 LabVIEW程序流程图
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