基于DSP的汽車減震彈簧故障診斷儀的設(shè)計(jì)

　?。玻?ＤＳＰ電路

　?。模樱须娐吠瓿蓴?shù)據(jù)采集及數(shù)字濾波，利用內(nèi)置的算法完成故障診斷等任務(wù)。

　　本系統(tǒng)中的ＤＳＰ采用美國(guó)德州儀器公司(ＴＩ)生產(chǎn)的ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０９，它是ＴＭＳ３２０Ｃ５４ｘｘ系列的一個(gè)高速、高性價(jià)比、低功耗的１６位定點(diǎn)通用ＤＳＰ芯片。其主要特點(diǎn)包括：改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)（１條程序存儲(chǔ)器總線、３條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和４條地址總線），帶有專用硬件邏輯ＣＰＵ，片內(nèi)存儲(chǔ)器，６級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，片內(nèi)外設(shè)專用的指令集。ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０９含１６Ｋ字的片內(nèi)ＲＯＭ和３２Ｋ字的片內(nèi)ＤＡＲＡＭ，程序空間的尋址范圍達(dá)到８Ｍ數(shù)據(jù)和Ｉ／Ｏ空間尋址范圍分別為６４Ｋ。單周期指令執(zhí)行時(shí)間為１０ｎｓ，雙電源（１．８Ｖ和３．３Ｖ）供電，帶有符合ＩＥＥＥ１１４９．１標(biāo)準(zhǔn)的ＪＴＡＧ邊界掃描仿真邏輯。
ＤＳＰ電路采用１６位并行自引導(dǎo)模式，對(duì)于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０９，用戶程序存儲(chǔ)在外部數(shù)據(jù)空間（８０００Ｈ～ＦＦＦＦＨ）中，因此外擴(kuò)了一片ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。ＦＬＡＳＨＲＯＭ采用ＩＮＴＥＬ公司的ＴＥ２８Ｆ４００Ｂ３Ｔ９０（２５６Ｋ×１６），它共分為１５塊（８塊４Ｋ字，７塊３２Ｋ字），可單獨(dú)擦寫其中的一塊。編程電壓只需３．３Ｖ，最快的讀取速度達(dá)到９０ｎｓ。系統(tǒng)外擴(kuò)了一片ＳＲＡＭ作為外部程序空間。ＳＲＡＭ采用ＣＹＰＲＥＳＳ公司的ＣＹ７Ｃ１０４１ＢＶ３３（２５６Ｋ×１６），存取速度達(dá)到１０ｎｓ。

　　 ２．３ Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換電路

　　信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換是由ＡＤ７８７４完成的。ＡＤ７８７４是ＡＤ公司生產(chǎn)的１２位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)要求輸入輸出信號(hào)相位要同步，ＡＤ７８７４內(nèi)置采樣保持器，能夠?qū)崿F(xiàn)四路信號(hào)的同步采樣。同步采樣能使系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)相位匹配的誤差降到最小。Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)由上升沿觸發(fā)，四路信號(hào)轉(zhuǎn)換完成后，產(chǎn)生中斷信號(hào)。每一路的采樣頻率可達(dá)２９ｋＨｚ。由于Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換后輸出的是ＴＴＬ電平，而ＤＳＰ工作在３．３Ｖ的信號(hào)環(huán)境，因此在Ａ／Ｄ的輸出與ＤＳＰ的輸入之間需要加入電平轉(zhuǎn)換電路。在本系統(tǒng)中采用ＳＮ７４ＬＶＣ２４５實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。ＤＳＰ系統(tǒng)的供電由ＴＩ公司的電壓轉(zhuǎn)換模塊ＴＰＳ７６７Ｄ３１８ＰＷＰ完成，能夠輸出３．３Ｖ和１．８Ｖ兩路電壓。

　　２．４ 單片機(jī)電路

　　單片機(jī)電路實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入響應(yīng)和液晶顯示以及與ＰＣ機(jī)交互功能。

　　本系統(tǒng)中所用的單片機(jī)為ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｃ５１。鍵盤管理通過鍵盤控制器８２７９完成。液晶模塊選用信利公司的ＶＰＧ１２８６４Ｔ（１２８×６４點(diǎn)陣），它內(nèi)置Ｔ６９６３Ｃ控制器，能夠工作在文本或圖形模式下。液晶顯示界面程序比較 大，所以外擴(kuò)了一片ＡＴ２８Ｃ２５６作為外部程序存儲(chǔ)器。ＰＣ機(jī)的ＲＳ－２３２串口的電平和單片機(jī)串口的ＴＴＬ電平不兼容，使用ＭＡＸ２３２完成兩種電平之間的轉(zhuǎn)換。

　?。玻?通信電路

　　通信電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與ＤＳＰ的通信。由于單片機(jī)與ＤＳＰ間的數(shù)據(jù)通信量不大，因此采用了一片８位雙向鎖存器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。雙向鎖存器采用ＴＩ的ＳＮ７４ＬＶＣ５４３。當(dāng)ＤＳＰ向ＡＴ８９Ｃ５１發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先將數(shù)據(jù)鎖存在ＳＮ７４ＬＶＣ５４３中，然后向ＡＴ８９Ｃ５１發(fā)中斷，ＡＴ８９Ｃ５１響應(yīng)中斷，從鎖存器中取走數(shù)據(jù)。反之亦然。

　?。?軟件設(shè)計(jì)

　　軟件的設(shè)計(jì)主要包括ＤＳＰ編程和單片機(jī)編程。ＤＳＰ程序的主要任務(wù)是初始化、管理ＤＳＰ外圍電路和完成故障診斷的算法。單片機(jī)程序包括鍵盤控制程序、液晶驅(qū)動(dòng)顯示程序、與ＤＳＰ及ＰＣ機(jī)通信的程序。

　　３．１ ＤＳＰ主程序

　?。模樱兄鞒绦蛄鞒虉D見圖２。

　?。常?ＤＳＰ程序的下載和引導(dǎo)

　　在本系統(tǒng)中，ＦＬＡＳＨＲＯＭ是ＴＳＯＰ封裝，焊接在電路板上，無法通過燒錄器燒寫，只能自己編寫擦寫程序。按照１６位并行引導(dǎo)模式自舉表（見表１）的格式寫好程序代碼，編譯鏈接后通過ＪＴＡＧ口下載到ＤＳＰ中；編寫ＴＥ２８Ｆ４００Ｂ３的擦寫程序，將程序下載到ＤＳＰ中不同的位置。運(yùn)行擦寫程序，程序代碼就被寫入到ＦＬＡＳＨ中。要注意的是，由于ＦＬＡＳＨ的寫速度與ＤＳＰ相比很慢，因此在每次寫完一個(gè)字后，要延時(shí)足夠的時(shí)間，否則就不能正常地寫入下一個(gè)字。寫完后，需要將ＦＬＡＳＨＲＯＭ重新設(shè)置為讀模式，這樣才能在開發(fā)環(huán)境ＣＣＳ中看到正確的結(jié)果。ＴＥ２８Ｆ４００Ｂ３的最大讀取速度為９０ｎｓ，而ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０９最大只能設(shè)置７個(gè)等待狀態(tài)，因此設(shè)置ＤＳＰ的ＣＬＫＭＤ１、ＣＬＫＭＤ２、ＣＬＫＭＤ３管腳，使ＤＳＰ在上電復(fù)位時(shí)的系統(tǒng)時(shí)鐘為５０ＭＨｚ。這樣就能保證可靠地讀?。疲蹋粒樱鹊臄?shù)據(jù)。在完成引導(dǎo)過程后，必須首先將ＣＬＫＭＤ寄存器清零，然后重新設(shè)置ＣＬＫＭＤ寄存器，使系統(tǒng)時(shí)鐘為100MHz。 TE28F400B3的主要操作命令如表2所示。