基于DSP的分布式溫度采集記錄儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

● 控制功能命令

控制功能命令用于實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量、訪問(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(biāo)準(zhǔn)速率(默認(rèn)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(shè)置為高速模式，DS28EA00則以標(biāo)準(zhǔn)速率進(jìn)行通信。

● 數(shù)據(jù)的收發(fā)

DS28EA00的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。通過(guò)寫時(shí)隙將數(shù)據(jù)從DSP傳輸至DS28EA00，而通過(guò)讀時(shí)隙則將數(shù)據(jù)由DS28EA00傳輸至DSP。除在線應(yīng)答脈沖之外，所有的通信都是從主機(jī)(DSP)主導(dǎo)發(fā)出下降沿信號(hào)開(kāi)始。當(dāng)1-Wire總線上的電壓跌落至低于門限電壓時(shí)，DS28EA00利用其內(nèi)部時(shí)隙發(fā)生器，確定在寫時(shí)隙期間何時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣以及在讀時(shí)隙時(shí)數(shù)據(jù)有效時(shí)間的長(zhǎng)短。

2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

① U盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

通過(guò)DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)USB移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)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(shè)計(jì)過(guò)程。USB軟件設(shè)計(jì)主要由通用的USB總線枚舉部分和USB Mass Storage類協(xié)議軟件設(shè)計(jì)和文件系統(tǒng)組成，U盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖如圖5所示。

圖5 U盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖

U盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的部分代碼如下：

(1)unsigned char EnumUsbDev(BYTE usbaddr) //枚舉USB設(shè)備

{USB_Reset(); //USB設(shè)備復(fù)位

if (!GetDescription()) // 獲取設(shè)備描述符并獲得傳輸包的最大字節(jié)數(shù)

return FALSE;

if (!SetAddress(usbaddr))

// 設(shè)置USB設(shè)備的地址

return FALSE;

if (!GetDescription ())

// 重新獲取設(shè)備描述符

return FALSE;

if(uDev.bClass==8)

//是否是大容量存儲(chǔ)設(shè)備

bFlags.bits.bMassDevice=TRUE;}

(2)unsigned char EnumerateMassDevice(void)

//枚舉大容量存儲(chǔ)設(shè)備

{DeviceInformation.BPB_BytesPerSec=512;

//暫假設(shè)每個(gè)扇區(qū)為512字節(jié)

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

return FALSE;

DeviceInfo.BPB_BytesPerSector=LSwapINT16(DBUF[10]，DBUF[11]); //讀取U盤每扇區(qū)字節(jié)數(shù)

DeviceInfo.BPB_SecPerCluters=DBUF[12]; //讀取U盤每簇扇區(qū)數(shù)

ReservedSectorsNumbers=LSwapINT16(DBUF[13]，DBUF[14]); //讀取U盤保留扇區(qū)數(shù)

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

② SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分：SD卡的上電初始化過(guò)程和對(duì)SD卡的讀寫操作，其工作步驟如下。

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

● 當(dāng)檢測(cè)到SD卡的存在后系統(tǒng)連續(xù)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(xiàn)系統(tǒng)上電初始化。

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

● 系統(tǒng)與SD卡通信。此時(shí)可以提高SPI接口的通信速率。

SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖如圖6所示。

3 文件系統(tǒng)

為了便于對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，需要設(shè)計(jì)一個(gè)兼容FAT16、FAT32文件格式的文件管理系統(tǒng)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到U盤或者SD卡。

文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為五 部分：MBR區(qū)、DBR區(qū)、FAT區(qū)、DIR區(qū)和DATA區(qū)，由于U盤或者SD卡不要求啟動(dòng)，因此可以沒(méi)有MBR區(qū)，只包含DBR、FAT、DIR和DATA四個(gè)區(qū)。

系統(tǒng)分析

1 性能指標(biāo)

經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試后得出:系統(tǒng)能穩(wěn)定的采集溫度數(shù)據(jù)并快速的存儲(chǔ)至U盤和SD卡，具體性能指標(biāo)如下。

● DSP與DS28EA00 的通信速率：標(biāo)準(zhǔn)通信速率為15.3kb/s，高速通信速率為125kb/s;

● DSP與U盤的通信速率約為600KB，與SD卡的通信速率約400KB。

2 系統(tǒng)抗干擾性能分析

在1-Wire系統(tǒng)中，僅DSP在信號(hào)瞬變期間進(jìn)行控制才可能實(shí)現(xiàn)線路終端匹配。因此，1-Wire網(wǎng)絡(luò)很容易受到其他噪聲的影響。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物理形狀大小和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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線路上的噪聲也產(chǎn)生信號(hào)毛刺。時(shí)隙上升沿時(shí)出現(xiàn)的毛刺可能會(huì)引起從器件與不同步，結(jié)果會(huì)造成Search ROM命令無(wú)效，或?qū)е缕骷?jí)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(duì)噪聲的免疫力更強(qiáng)，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(tǒng)溫度傳感器的前端有以下不同。

● 在線應(yīng)答脈沖的下降沿斜率是受控制的，這樣提供了比數(shù)字開(kāi)關(guān)晶體管更好的傳輸線阻抗匹配，將來(lái)自傳統(tǒng)器件的高頻振蕩轉(zhuǎn)換為更平滑的低頻瞬變。斜率控制由參數(shù)tFPD(器件存在下降時(shí)間)指定，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)時(shí)隙開(kāi)始時(shí)的下降沿，這樣可降低器件對(duì)高頻噪聲的敏感度。

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

● 該系統(tǒng)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(nèi)，即使毛刺電壓低于門限VTH-VHY(如圖7 Case B，tGL

結(jié)語(yǔ)

該溫度采集記錄儀不但可以穩(wěn)定的采集溫度數(shù)據(jù)而且可以快速的將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到U盤或者SD卡，便于以后分析處理，特別適合環(huán)境比較惡劣地區(qū)的溫度采集，為溫度采集與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了一個(gè)理想的解決方案。