基于DSP的嵌入式溫度記錄儀的設計

2 系統(tǒng)設計方案
該系統(tǒng)設計主要包含DS28EA00測溫、USB接口、SD卡接口、外擴RAM．TM$320F2812數(shù)字信號處理等模塊。其中，TMS320F2812控制溫度計DS28EA00順序采集各測量點溫度，經(jīng)處理后暫存至外擴RAM，當滿足特定條件后，通過USB接口將數(shù)據(jù)以文件形式存儲到U盤或SD卡中，系統(tǒng)設計框圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件設計
3．1 DS28EA00測溫模塊
DS28EA00~是一款具有鏈路功能的l―Wire數(shù)字溫度傳感器，具有9～12位的分辨率，且?guī)в杏脩艨删幊淘O置的非易失性溫度報警閾值點。每個DS28EA00都具有工廠預先刻錄的唯一64位序列號，只需一根數(shù)據(jù)線和地線就可通過1一Wire協(xié)議完成串行傳輸數(shù)據(jù)，支持15．3 Kb／s(最大值)的標準通信速率和125 Kb／s(最大值)的高速通信速率。改進的l―Wire接口具有滯回和干擾濾波功能，使得DS28EA00能夠在大型1一Wire網(wǎng)絡中可靠工作。
DS28EA00內(nèi)部數(shù)據(jù)部分包括64位序列號、64位暫存器以及報警配置寄存器。1一Wire ROM功能控制單元處理ROM功能命令，允許器件工作在一個多點網(wǎng)絡中。器件功能控制單元實現(xiàn)對器件的特定操作和控制，如讀/寫，溫度轉換，設置順序檢測的鏈路狀態(tài)等。8 bit CRC生成器在讀取溫度和寄存器數(shù)據(jù)時可協(xié)助主機檢驗數(shù)據(jù)的完整性。順序檢測鏈路狀態(tài)時，DSP的PIOB(XDO~XD7)作為輸入，而PIOA(XA0~XAl8)與下一個器件連接，DS28EA00數(shù)字溫度計的1-Wire總線接口與DSP的GPIO接口相連實現(xiàn)通信。DS28EA00測溫模塊電路如圖2所示。

3．2 USB接口模塊
USB接口模塊采用嵌入式USB接口器件SL811HST，該器件內(nèi)置USB主／從控制器，支持全速和低速數(shù)據(jù)傳輸，能自動識別低速或全速設備，SL811HST提供的接口可與微控制器、DSP相連。此外，SL811HST內(nèi)部有一個256字節(jié)的RAM，用于控制寄存器或數(shù)據(jù)緩沖器。該系統(tǒng)中USB設備映射TMS320F2812外擴1區(qū)域，USB接口模塊電路如圖3所示。

3．3 SD卡接口模塊
SD卡通過SPI口或并行(SD)接口與主機連接．另外DSP還提供額外引腳來檢測卡的存在和寫保護功能。SPI總線模式下，CS為主控制器向SD卡發(fā)送的片選信號，SCLK為主控制器向SD卡發(fā)送的時鐘信號，DI(Data In)為主控制器向SD卡發(fā)送的單向數(shù)據(jù)信號，DO(Data Out)為SD卡向主控制器發(fā)送的單向數(shù)據(jù)信號。選擇SD模式通信實現(xiàn)高速通信．采用GPIO接口滿足特定的SD規(guī)范協(xié)議。

4 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件設計主要包括DSP與DS28EA00的通信、DSP與SD卡的通信，DSP與USB設備的通信。
4．1 DSP與DS28EA00的通信
DS28EA00的鏈路功能允許1一Wire主機檢索以線性網(wǎng)絡“鏈”方式連接的器件．找出其物理順序。鏈路功能需要輸入和輸出兩個引腳，其中，輸入引腳(EN)可使器件在檢測時能對檢測做出響應，而輸出引腳(DONE)用于通知鏈路中的下一個器件其相鄰器件的檢測已完成。復用DS28EA00的兩個通用端口實現(xiàn)鏈路功能，其中，PB作為EN輸入，PA產(chǎn)生DONE信號并與下一個器件的EN輸入相連，而第一個器件的EN輸入需接至GND，或者在順序檢測時對其施加邏輯‘0’信號。
4．2 數(shù)據(jù)存儲
4．2．1 U盤數(shù)據(jù)存儲
DSP主要通過軟件設計實現(xiàn)對USB移動存儲設備的操作，而USB軟件設計主要由通用的USB總線枚舉部分，USBMass Storage類協(xié)議軟件設計以及文件系統(tǒng)組成，U盤數(shù)據(jù)存儲流程如圖4所示。

4．2．2 SD卡數(shù)據(jù)存儲
SD卡數(shù)據(jù)存儲軟件設計主要包括SD卡上電初始化和SD卡的讀寫操作。其工作步驟如下：(1)配置TMS320F2812的SPI接口，檢測是否插入SD卡。為調(diào)試方便，將SD卡接口的Vse2引腳接地。(2)檢測到SD卡，系統(tǒng)連續(xù)發(fā)送10次0xFF00使SD卡的Data In引腳狀態(tài)保持至少74個時鐘周期，實現(xiàn)系統(tǒng)上電初始化。(3)SD卡初始化，注意此時SPI接口的通信速度應為100～400 kHz以滿足SD卡通信協(xié)議要求。(4)系統(tǒng)與SD卡通信，提高SPI接口的通信速率。圖5給出SD卡數(shù)據(jù)存儲流程圖。

4．3 文件系統(tǒng)
為了便于處理采集到的數(shù)據(jù)，設計了一個兼容FATl6、FAT32文件格式的文件管理系統(tǒng)嘲，并將數(shù)據(jù)存儲到U盤或SD卡中。文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為：MBR區(qū)、DBR區(qū)、FAT區(qū)、DIR區(qū)和DATA區(qū)。由于SD卡不要求啟動，因此文件系統(tǒng)可以只包含有DBR、FAT、DIR和DATlA區(qū)。這里以128 MB的U盤為例進行簡單介紹，其文件系統(tǒng)結構如表l所示。

5 結語
由于USB接口存儲設備和SD卡在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應用廣泛，嵌入式數(shù)據(jù)采集環(huán)境中采用USB存儲設備或SD卡可實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)存儲，滿足嵌入式技術發(fā)展要求。該系統(tǒng)設計經(jīng)過反復測試表明：工作穩(wěn)定，能快速讀寫U盤和SD卡中的存儲數(shù)據(jù)，其速率約為300 KB/s。