李利品 黄燕群 罗兵武

(1.光电油气测井与检测教育部重点实验室(西安石油大学) 陕西西安)

(2.西北工业大学陕西西安) (3.中国兵器工业第203研究所 陕西西安)

基于DSP的温度监测和显示系统的设计与实现＊

李利品1、2黄燕群3罗兵武1

(1.光电油气测井与检测教育部重点实验室(西安石油大学) 陕西西安)

(2.西北工业大学陕西西安) (3.中国兵器工业第203研究所 陕西西安)

设计了一种以DSP为控制核心的温度监测和显示系统。该系统采用数字温度传感器DS18B20进行温度采集,以TM320240EFGW型液晶显示模块进行实时显示,以RS232通用串行接口与PC机进行通信。该系统具有电路结构简单、功耗低、实时性强、数据传输方便等优点。

温度监测;液晶显示;DSP

0 引 言

在国民经济各部门,如电力、石油、化工、机械、冶金、农业、医学以及人们的日常生活中,通常需要对温度进行监测和显示。传统的以单片机为核心的温度监测和显示系统,由于受到处理器自身硬件资源和速度的限制,硬件电路设计复杂,数据实时处理能力差。随着计算机技术尤其是超大规模集成电路技术的发展,具有更强处理能力的DSP芯片,以其运算速度快、实时性强、功耗低、抗干扰能力强等特点愈来愈多地被应用[1]。本文设计了一种以TMS320VC33 DSP作为温度监测和显示的核心,应用TM320240EFGW型液晶显示模块实时显示信息,并配以RS232通用串行接口与PC机进行通信的系统。该系统具有电路结构简单、功耗低、实时性强、数据传输方便等优点。

1 整体方案

系统设计方案如图1所示。系统主要由温度采集、数据/程序存储器、日历时钟电路、DSP、液晶显示模块、通信接口等模块组成。其中温度采集模块采用数字式温度传感器DS18B20进行温度采集;日历时钟模块采用DALLAS半导体公司研制的实时时钟器件DS12887,该芯片内含锂电池、石英晶振和写保护电路,集成度高,不需要外围电路支持,与用户接口极为方便;数据/程序存储器采用AM29F010(8bit,128K B)Flash芯片,用于存储采集的温度及对应的时间信息以及DSP的程序;显示模块采用TM320240EFGW型液晶显示模块,它是一种内嵌SED1335控制器的液晶显示屏,具有分辨率高、接口方便、设计简便、功耗低、价格便宜等优点;通信接口模块采用通用的RS232串行接口,与PC机通信非常方便;DSP芯片采用了TI公司生产的TMS320VC33[2]芯片作为数据采集和控制的核心。TMS320VC33具有处理速度快,最小指令周期只有13 ns;内部具有34 K×32位字节的RAM,无需外扩RAM;四种可选择的引导方式;功耗低等特点。

图1 系统设计方案

2 系统硬件设计

2.1 温度采集电路的设计与实现

温度采集芯片选择“一线总线”式的数字温度传感器DS18B20。它是一种智能温度传感器,与传统的热敏电阻相比,能够直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高。

温度传感器DS18B20与DSP的接口电路如图2所示。数字式温度传感器DS18B20的数据端口通过一个上拉电阻与DSP的I/ O口相连。

2.2 液晶显示模块与DSP的接口设计

本系统采用TM320240EFGW型液晶显示模块,它是深圳天马公司生产的一种内嵌SED1335控制器的液晶显示屏,它由320×240点阵构成,具有分辨率高(点型为0.33 mm×0.33 mm)、接口方便、设计简便、功耗低、价格便宜等优点。

TM320240EFGW型液晶显示模块与DSP的硬件接口电路如图3所示[3]。DSP芯片TMS320VC33的供电电压为3.3 V,而TM320240EFGW型液晶显示模块的工作电压为5 V。因此,DSP的数据线D16～D23通过电平转换芯片74LV4245与液晶的数据/地址线DB0～DB7连接,DSP通过TCLK1引脚控制液晶显示模块的缓冲器选择信号A0,DSP的 R/与液晶显示模块的R/直接相连。另外,R/取非后与液晶显示模块的相连,液晶显示模块的片选信号由DSP的选通信号PAGE2控制。PAGE2的选通可以通过改变DSP外部地址来实现,这样就简化了DSP的软件设计,避免了数据总线与其它外围设备的冲突,保证了液晶模块的可靠工作。

图2 温度采集电路

图3 液晶显示模块与DSP的接口电路

此外,液晶显示模块需要背光和液晶驱动两种电源,其中使用的CCFL(冷阴极发光)背光器件含有背光灯管。5 V电源经TM320240EFGW内部的CX-AL10AN高压逆变器后可输出400 V左右的交流电压,用来驱动背景光。液晶驱动电压V0由电源电路提供,通过调节电位器R8来改变液晶驱动电压V0的大小,实现液晶显示对比度的调整。

2.3 与PC机通信接口电路设计

TMS320VC33 DSP与计算机通信采用两个通用的I/O(DR0、DX0)引脚和VC33的一个中断引脚实现串口通信。具体的连接框图如图4所示。其中VC33的DR0和INT2与MAX202的R1OUT相连,既可以利用DR0接收数据,又可以触发VC33外部中断;通过DX0引脚与MAX202的T1IN相连向计算机发送数据。

图4 与PC机通信接口设计

3 系统软件设计

根据设计的要求和硬件模块的划分,本系统的软件主要完成温度采集、读取时钟、存储温度和时间信息、显示以及与PC机通信等任务。DSP程序运行后,首先进行系统初始化操作;然后启动温度采集操作,采集完成后读取温度数据并存储到指定区域;读取时钟信息,与温度信息对应存储;启动显示程序,显示时间和温度信息。以上过程循环进行。当DSP接收到PC指令后,进入中断子程序,给PC机发送数据。发送数据结束后,继续重复上述过程。整个软件设计中,液晶显示程序显得更为复杂。下面专门介绍一下液晶显示软件的设计。

3.1 液晶显示的指令及时序

SED1335的软件功能非常强,共有13条指令且多数指令带有若干个参数,参数值由用户根据所控制的液晶显示模块的特征和显示的需要来设置,指令如表1所示。

SED1335主要由接口部、控制部及驱动部三部分组成。接口部主要由输入指令缓冲器、数据输入缓冲器和标志寄存器组成,并设置了适配8080系列和6800系列MPU的两种操作时序电路,通过引脚的电平设置可选择二者之一。控制部是SED1335的核心,它由振荡器、功能逻辑电路、显示RAM管理电路、字符库及其管理电路以及时序脉冲发生器组成。驱动部具有各显示区的合成显示能力、传输数据的组织功能及产生液晶显示模块所需的时序。根据DSP接口引脚的特点,通过设置SED1335液晶控制器的SEL0、SEL1使其工作在8080系列MPU的操作方式。

表1 SED1335指令表

3.2 液晶显示的软件设计

TMS320VC33 DSP在访问SED1335时可以随时进行,不必判断SED1335当前的工作状态。本系统设计的显示内容主要涉及西文、汉字的显示。

(1)西文显示

若要在显示屏指定的位置上显示西文字符,需要先把光标移到该位置。在设置好光标地址和光标移动方向后,便可连续地将显示数据写入显示缓冲区。西文字符显示的VC33程序流程如图5所示[4]。

(2)汉字显示

图5 西文字符显示流程图

VC33对液晶显示屏进行操作时,由于液晶显示RAM数据宽度为8位,而VC33数据宽度为32位,故采用VC33低8位保存点阵信息。汉字显示流程如图6所示[4]。由于DSP芯片采用的工作时钟频率为55 MHz(周期约18 ns),DSP的液晶显示器读写建立时间为120 ns,因此需要插入7个软件等待实现与液晶显示模块的速度匹配。TM320240EFGW型液晶显示模块显示汉字时,需要在SED1335控制器的显示存储器内建立一个自定义字符库CGRAM,由程序逐字节地在相应的单元写入所需的字符代码,从而在显示屏上显示出相应的汉字。

图6 汉字显示流程图

4 结 论

本文以TMS320VC33 DSP为控制核心,采用内嵌SED1335控制器的液晶显示模块TM320240EFGW,以数字式温度传感器为例设计和实现了基于DSP的温度监测和显示系统。所研究的温度监测和显示系统不仅具有电路结构简单、体积小、显示方便、实时性强等特点,并且通过较小的软、硬件改动就可以实现压力、流量等参数的采集和显示,具有较强的实用价值。

[1] 王尔申,张淑芳.基于DSP的PID高精度温度控制系统的设计[J].仪表技术与传感器,2007,44(6)

[2] 党瑞荣,谢 雁,李利品等.TMS320C3X DSP原理与应用[M].陕西:陕西科学技术出版社,2006

[3] 李维 ,郭 强.液晶显示应用技术[M].北京:北京电子工业出版社,1999

[4] 党瑞荣,罗兵武,张 珂.基于高速DSP控制的液晶显示[J].现代显示,2006,14(1)

Li Lipin,Huang Yanqun and Luo Bingwu.Design and realization of a temperature monitoring and displaying system based on DSP.PI,2010,24(4):4～6

A temperature monitoring and displaying system based on DSP is designed.A digital temperature sensor DS18B20 is used to collect temperature.And a kind of TM320240EFGW liquid crystal display module is used for real-time display.An Universal Serial RS232 interface is used to communicate with a PC.Therefore,this system has many advantages such as sample circuit,low power consumption,easy real-time data transmission,and so on.

temperature monitoring;liquid crystal display;Digital Signal Processor

TN911.7

B

1004-9134(2010)04-0004-03

国家重大科技专项经费资助(2008ZX05026-001-03)

李利品,女,1977年生,硕士,讲师,现在“光电油气测井与检测”教育部重点实验室(西安石油大学)从事科研项目,主要研究方向为检测技术、测控仪器、智能传感器等。邮编:710065

2009-09-28 编辑:姜 婷)

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