基于DSP的分布式溫度采集記錄儀的設計與實現

● 控制功能命令

控制功能命令用于實現溫度測量、訪問寄存器和PIO、改變鏈路狀態所需的協議。DSP與DS28EA00之間的通信可采用標準速率(默認狀態，OD=0)，也可用高速模式(OD=1)。上電后，如果沒有明確設置為高速模式，DS28EA00則以標準速率進行通信。

● 數據的收發

DS28EA00的數據通信是在一個個時隙中進行的，每個時隙只能傳送1bit數據。通過寫時隙將數據從DSP傳輸至DS28EA00，而通過讀時隙則將數據由DS28EA00傳輸至DSP。除在線應答脈沖之外，所有的通信都是從主機(DSP)主導發出下降沿信號開始。當1-Wire總線上的電壓跌落至低于門限電壓時，DS28EA00利用其內部時隙發生器，確定在寫時隙期間何時對數據線進行采樣以及在讀時隙時數據有效時間的長短。

2 數據存儲

① U盤數據存儲

通過DSP實現對USB移動存儲設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說明設計過程。USB軟件設計主要由通用的USB總線枚舉部分和USB Mass Storage類協議軟件設計和文件系統組成，U盤數據存儲流程圖如圖5所示。

圖5 U盤數據存儲流程圖

U盤數據存儲的部分代碼如下：

(1)unsigned char EnumUsbDev(BYTE usbaddr) //枚舉USB設備

{USB_Reset(); //USB設備復位

if (!GetDescription()) // 獲取設備描述符并獲得傳輸包的最大字節數

return FALSE;

if (!SetAddress(usbaddr))

// 設置USB設備的地址

return FALSE;

if (!GetDescription ())

// 重新獲取設備描述符

return FALSE;

if(uDev.bClass==8)

//是否是大容量存儲設備

bFlags.bits.bMassDevice=TRUE;}

(2)unsigned char EnumerateMassDevice(void)

//枚舉大容量存儲設備

{DeviceInformation.BPB_BytesPerSec=512;

//暫假設每個扇區為512字節

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

return FALSE;

DeviceInfo.BPB_BytesPerSector=LSwapINT16(DBUF[10]，DBUF[11]); //讀取U盤每扇區字節數

DeviceInfo.BPB_SecPerCluters=DBUF[12]; //讀取U盤每簇扇區數

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

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

② SD卡數據存儲

SD卡數據存儲軟件設計主要包括兩部分：SD卡的上電初始化過程和對SD卡的讀寫操作，其工作步驟如下。

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

● 當檢測到SD卡的存在后系統連續發送10次0xFF00使SD卡的DATA IN引腳保持至少74個時鐘周期以實現系統上電初始化。

● SD卡初始化，注意此時SPI接口的通信速度應在100kHz到400kHz左右，以滿足SD卡通信協議的要求。

● 系統與SD卡通信。此時可以提高SPI接口的通信速率。

SD卡數據存儲流程圖如圖6所示。

3 文件系統

為了便于對采集的數據進行處理，需要設計一個兼容FAT16、FAT32文件格式的文件管理系統，并將數據存儲到U盤或者SD卡。

文件系統的數據分為五 部分：MBR區、DBR區、FAT區、DIR區和DATA區，由于U盤或者SD卡不要求啟動，因此可以沒有MBR區，只包含DBR、FAT、DIR和DATA四個區。

系統分析

1 性能指標

經過反復測試后得出:系統能穩定的采集溫度數據并快速的存儲至U盤和SD卡，具體性能指標如下。

● DSP與DS28EA00 的通信速率：標準通信速率為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 系統抗干擾性能分析

在1-Wire系統中，僅DSP在信號瞬變期間進行控制才可能實現線路終端匹配。因此，1-Wire網絡很容易受到其他噪聲的影響。根據網絡的物理形狀大小和拓撲結構的不同，從端點到分支點的反射可能會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線路上的噪聲也產生信號毛刺。時隙上升沿時出現的毛刺可能會引起從器件與不同步，結果會造成Search ROM命令無效，或導致器件級命令被忽略。為提高網絡性能，DS28EA00采用了一種新型的1-Wire前端，它對噪聲的免疫力更強，可以降低從器件引入的噪聲的幅度。DS28EA00的1-Wire前端較之傳統溫度傳感器的前端有以下不同。

● 在線應答脈沖的下降沿斜率是受控制的，這樣提供了比數字開關晶體管更好的傳輸線阻抗匹配，將來自傳統器件的高頻振蕩轉換為更平滑的低頻瞬變。斜率控制由參數tFPD(器件存在下降時間)指定，針對標準速度和高速模式，具有不同的取值。

● 該電路中增加了一個低通濾波器，用于檢測時隙開始時的下降沿，這樣可降低器件對高頻噪聲的敏感度。

● 高低開關門限VTH具有一個滯回。如果一個負毛刺的電壓低于VTH，但不低于VTH-VHY時，就不會判定為負脈沖(如圖7 Case A)，滯回在任何1-Wire速率下均起作用。

● 該系統具有一個tREH(上升沿拖尾時間)定義的時間窗口，在這個窗口內，即使毛刺電壓低于門限VTH-VHY(如圖7 Case B，tGL

結語

該溫度采集記錄儀不但可以穩定的采集溫度數據而且可以快速的將數據存儲到U盤或者SD卡，便于以后分析處理，特別適合環境比較惡劣地區的溫度采集，為溫度采集與數據存儲提供了一個理想的解決方案。