（信号与信息处理专业论文）奶源运输安全远程监控系统的设计与实现.pdf

原创性声明 i i ii i ii i i iii1 1e1i iiii y 17 3 5 3 9 0 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得内苤直太堂及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签 日 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将 学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允 许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。 为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后 使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用 于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名：圣送之望手 指导教师签名： 日 期：2 妇垒! 基2 d 日期：迸! ! ：! 内蒙古大学硕士学位论文 奶源运输安全远程监控系统的设计与实现 摘要 本文以d s pt m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 芯片作为核心的信号微处理器，结合g p s 、g p r s 技术实现了奶源运输安全远程监控系统的整体设计。该系统是一个综合系统， 包括监控终端单元、传输单元和监控中心单元三部分，实现对g p s 数据以及图 像数据的实时采集、处理、相关分析及转发等功能。 论文主要进行了监控终端单元的软硬件的设计与实现。系统的硬件设计中， 在完成d s p 最小系统的基础上，设计了串行通信口的扩展，串口扩展完成了1 扩3 以及s c i 和r s 2 3 2 的电平转换。同时设计了g p s 、c 3 2 8 和g p r s 的接口电路。 为了提高实时性，软件采用了c 语言和汇编语言的混合编程。完成了系统的初 始化程序和串口扩展程序。设计了g p s 数据实时采集程序，并利用高斯分布算 法对g p s 的数据进行了分析处理。在此基础上，设计了采集相应图像数据的程 序，并根据g p r s 带宽的情况将图像数据分包后转发给监控中心。系统软件在c c s 环境下进行了仿真测试，验证了系统的可行性。最后，论文总结了主要的工作 及其在今后的提高。经过测试，证明监控终端能够做到实时性好、功耗低、性 能稳定可靠，具有较好的实际应用价值。 关键词：d s p ；g p s ；g p r s ；监控终端；t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 一 塑鍪查盔兰堡圭兰垡堡奎 一 _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ - _ - - - _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ - - _ l _ - _ i _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ 。- _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ 一一 d e sig na n dim p l e m e n t a tio no fm il kt r a n s p o r t a tio n s a f e t yr e m o t em o nlt o rin gs y s t e m a b s t r a c t b a s e do nt h ed s pt m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 am i c r o p r o c e s s o ra n dc o m b i n e dw i t hg p s a n dg p r s ，t h ep a p e rh a da c h i e v e do v e r a l ld e s i g no ft h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m s o fm i l kt r a n s p o r ts e c u r i t y t h es y s t e mi sa l li n t e g r a t e ds y s t e m ，i n c l u d i n gm o n i t o r i n g t e r m i n a lu n i t ，t r a n s m i s s i o nu n i ta n dm o n i t o r i n gc e n t e ru n i t t h es y s t e mh a dr e a l i z e d t h ef u n c t i o n so fr e a l t i m ea c q u i s i t i o n ，p r o c e s s i n g ，a n a l y z i n ga n df o r w a r d i n go fg p s a n di m a g ed a t a t h ep a p e rf o c u s e do nd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fh a r d w a r ea n d s o f t w a r eo ft h em o n i t o r i n gt e r m i n a lu n i t b a s e do nt h em i n i m u ms y s t e mo fd s p ， s e r i a lc o m m u n i c a t i o np o r th a db e e ne x p a n d e dt ot h r e e ，a n d i n t e r f a c el e v e lb e t w e e n s c ia n dr s 2 3 2h a db e e nc o n v e r t e d a tt h es a m et i m e ，t h eg p s ，c 3 2 8a n dg p r s i n t e r f a c ec i r c u i t sh a db e e nd e s i g n e d i no r d e rt oi m p r o v er e a l - t i m e ，s o f t w a r eu s e dt h e m i x e dp r o g r a m m i n go ft h ecl a n g u a g ea n da s s e m b l yl a n g u a g e w i t hc o m p l e t i o no f s y s t e mi n i t i a l i z a t i o np r o c e d u r e sa n d s e r i a le x t e n s i o n s ，t h ep a p e rd e s i g n e dr e a l - t i m e g p sd a t ac o l l e c t i o np r o c e d u r e s ，a n du s e dg a u s s i a nd i s t r i b u t i o na l g o r i t h mt oa n a l y z e t h eg p sd a t a o nt h i sb a s i s ，t h ec o r r e s p o n d i n gi m a g ed a t aw e r ec o l l e c t e d a c c o r d i n g t ot h eg p r sb a n d w i d t h ，i m a g ed a t aw e r ed i v i d e d t h e nt h ed a t ad i v i d e dw e r e f o n a r d e dt ot h ec e n t e r t h ec c se n v i r o n m e n tw a su s e df o rs i m u l a t i o nt e s t so f 内蒙古大学硕士学位论文 s o f t w a r et ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h es y s t e m f i n a l l y , t h ep a p e rs u m m a r i z e dt h e m a j o rw o r ka n dt h ei m p r o v e m e n ti nt h ef u t u r e t e s t e da n dp r o v e nm o n i t o r i n g t e r m i n a lh a sm a n yk i n d so fg o o dp e r f o r m a n c es u c ha sr e a l t i m e ，l o wp o w e r c o n s u m p t i o n ，s t a b l ep e r f o r m a n c e ，r e l i a b l e ，a n dp r a c t i c a lv a l u e k e y o r d s ：d s p ；g p s ；g p r s ；m o n i t o r i n gt e r m i n a l ；t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 内蒙古大学硕士学位论文 目录 第一章引言i 1 1 奶源运输安全远程监控的背景和意义1 1 2 奶源运输安全远程监控的研究现状2 1 3 论文的主要研究内容3 第二章监控系统总体设计4 2 1 监控系统组成4 2 2 系统实现的功能5 第三章监控终端的硬件设计6 3 1d s p 芯片的选择6 3 2 监控终端单元的组成结构6 3 3t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 的简介7 3 3 1t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 的特点8 3 3 2t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 引脚分布及功能介绍9 3 3 3 中央处理单元( c p u ) 的组成及功能1 1 3 3 4t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 存储器1 4 3 3 5 串行通信接口( s c i ) 1 7 3 4t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 最d 、系统2 0 3 4 1 电源电路2 0 3 4 2 复位电路2 l 3 4 3 时钟电路2 2 3 4 4j t a g 仿真接口电路2 3 3 5d s p 扩展数据存储器接口电路设计2 4 3 5 1 程序存储器地址映射和配置2 4 3 5 2 数据存储器地址映射和配置2 4 3 5 3 数据存储器扩展接口电路2 5 3 6 扩展串行通信口的接口电路设计与实现2 6 3 6 i 串行通信接口电路2 7 内蒙古大学硕士学位论文 3 6 2 串行通信口扩展接口电路2 8 3 7g p s 模块接口电路的设计3 0 3 7 1g p s 系统组成及定位原理3 0 3 7 2g p s 模块概述3 2 3 7 3g p s 模块与t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 的接口电路3 2 3 8c 3 2 8 模块接口电路的设计3 3 3 8 1c 3 2 8 模块介绍3 4 3 8 2c 3 2 8 模块的接口电路3 5 3 9g p r sd t u 模块接口电路的设计与实现3 6 3 9 1g p r sd t u 模块介绍3 6 3 9 2g p r sd t u 模块的接口电路3 7 第四章监控中心组网方案3 9 4 1g p r s 技术3 9 4 2 静态i p 互联4 1 4 3 动态i p 互联4 1 4 4 监控终端和监控中心信道的建立4 2 第五章监控终端软件设计4 4 5 1 集成开发环境4 4 5 2 系统软件设计总体方案4 5 5 3 系统初始化4 5 5 3 1 系统配置4 6 5 3 2 建立中断向量表4 6 5 3 3s c i 初始化4 6 5 3 4 串行通信接口s c i 扩展4 6 5 4g p s 模块软件设计4 7 5 4 1g p s 输出数据格式4 7 5 4 2g p s 数据接收4 8 5 5 图像模块软件设计5 0 5 5 1 同步5 0 内蒙古大学硕士学位论文 5 5 2 交互命令和确认5 0 5 5 3 图像数据的接收和转发5 l 5 5 4 图像数据模块软件5 2 5 6 扫描监控中心软件设计5 3 5 7g p s 数据处理算法设计5 4 5 8 系统软件设计5 5 第六章系统调试5 7 6 1 调试前的准备5 7 6 1 1 硬件的准备5 7 6 1 2 软件的准备5 8 6 2g p s 模块的调试5 9 6 3c 3 2 8 模块的调试5 9 6 4g p r s 模块的调试6 0 6 4 1 传输协议的选择6 0 6 4 2g p r sd t u 配置6 l 第七章结论6 3 参考文献6 4 附录l中断向量6 6 附录2 系统初始化源代码6 7 附录3s c i 初始化源代码6 8 附录4串口扩展源代码6 9 附录5g p s 接收源代码7 l 附录6d s p 与c 3 2 8 同步源代码7 3 附录7d s p 与c 3 2 8 通信协议源代码7 5 附录8图像接收源代码7 8 附录9图像转发源代码8 1 内蒙古大学硕士学位论文 附录1 0 扫描监控中心源代码8 2 附录1 1g p s 数据分析源代码8 3 附录1 2 系统应用源代码8 6 致谢8 9 内蒙古大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 奶源运输安全远程监控的背景和意义 随着社会经济的发展，人民生活的不断提高，食品卫生与安全成为备受关注的热门话题。 “民以食为天 ，然而“病从口入 ，食品的质量不安全，将会影响到人们的健康。就食品 安全问题本身的严峻性而言，重视并大力解决好这一问题迫在眉睫。 三鹿婴幼儿奶粉事件发生后，奶制品安全成了人们关注的焦点。国家有关部门的全面 调查表明，三聚氰胺事件发生的关键原因，是部分不法分子在原料奶中掺假、造假，因此， 对原奶加强管理也就成为了共识。掺假、造假的两个主要的环节，一个是奶源基地，另一个 就是奶源的运输。其中，第一个环节，由于它是在基地内部，相对来讲，安全的可控性通过 管理手段比较容易实现。然而，为了达到奶源的“长治久安”，我们更应该对第二个环节加 以充分的重视。奶源从奶站到生产企业，中间的运输绝大部分是依靠奶罐车来长途运输。下 图是一实际运输场景瞳1 。 图1 - 1 奶源运输场景图 fig 1 1m i l kt r a n s p o r t a t i o ns c e n eg r a p h 奶源在运输过程中，要保证其安全，光靠人力和制度保证是远远不够的。因为，一方面 奶站的站点多，分布各地，导致实际运输中随机性非常大，同时运输的距离又比较远，这完 全是一个庞大的随机性运输网络。就中国最大的乳制品企业之一的蒙牛为例乜1 ，它已在全国各 内蒙古大学硕上学位论文 生产基地的周边地区建立奶站共计3 0 0 0 多个，联系奶农达3 0 0 力户，累计收购鲜奶超过1 3 0 0 万吨。日均收奶量突破1 0 0 0 0 吨，如此一个庞大的鲜奶生产力，可想而知，它的奶源运输网络 是庞大的。依靠人力监控是远远达不到的，抑或根本就无法实施有效的监控。另一方面，奶 车在长途运输中，中途过程的实时监控，人力根本就无法实现。基于这两方面的考虑，如果 我们对运输环节不能进行有效的、实时的监控，就会给不法分子掺假、造假的可乘之机。为 此，我们必须依靠先进的技术来填补这一缺陷。 1 2 奶源运输安全远程监控的研究现状 奶源运输安全监控大致可以分成两个阶段，第一阶段的监控主要是通过奶制品企业的规 章制度和人力，以及运输车辆司机人员的诚信来防止运输过程中的掺水、掺假行为。然而， 针对分布众多的奶站、频次很高的车辆，较长的运输路程，这种“人盯人、人盯车”的做法， 根本就不能达到有效地监控，同时还增加了公司的大量成本，监控效率却非常低下。 “三聚氰胺事件 是第一阶段和第二阶段的分水岭。自从发生了这一重大事件，社会共 同认识到加强奶源的有效监控是当务之急，其中的运输环节是监控的难点和重要的一环，保 证不给不法分子掺假的可乘之机。从蒙牛等企业了解到，目前主要采用g p s 车载跟踪定位系 统，g p s 作为一种监控的车辆管理工具，结合g i s 口1 电子地图的数字化管理手段和合理的管理 流程，能够在很大程度上提高奶源运输的安全和降低人力成本。g p s 技术是全球定位系统 ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m s ) 的简称。g p s 车载跟踪定位系统主要完成以下功能： 1 、奶车一对一的定位跟踪 2 、对奶车超速报警 3 、非法停车报警 4 、里程统计和轨迹回放等主要功能 从以上调研中发现。目前g p s 技术主要是应用于对运奶车辆的跟踪、导航。g p s 车辆监控 系统尽管解决了一般的监控和调度问题，但是没有能够对奶源运输车辆安全的动态跟踪紧密 结合。更没有实现客户在随时随地的实时通过互联网方便查询和监控车辆运输的动态功能。 因此本课题将在已成熟的g p s 跟踪系统的基础上，采用新的技术手段实现对车辆进行动态实时 监控。 归纳起来，本文总体技术方案是，基于d s p 技术并结合g p s 和g p r s 的远程监控系统。整 个监控系统包括监控终端和监控中心两大部分。其中，监控终端采用d s p 和g p s 、g p r s ( g e n e r a l 2 内蒙古大学硕士学位论文 p a c k e tr a d i os e r v i c e 即通用分组无线业务) 技术，对奶源运输车辆数据、图像等信息进行 采集、处理、传输和控制。监控终端由三大模块组成，即图像采集模块、g p s 数据采集模块、 g p r s 传输模块。监控中心将通过互联网技术与控制终端实现实时通信并结合g i s 数字地理信 息系统( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m s ，简称g i s ) ，最终，为奶制品企业提供一套技术先 进的远程监控系统，从而实现对奶源运输安全有效的网络化监控。 1 3 论文的主要研究内容 本论文研究的重点是监控终端以及监控终端与监控中心的实时通信。其中，需要完成监 控终端的软硬件的设计与实现，同时还要完成监控终端和监控中心之间通信协议的实现。最 终，能够实现将监控终端采集到的图像及数据信息实时发送到监控中心。具体工作包括以下 几个方面： 一、d s p 核心处理模块 1 加电或重启后，自检处理完成功能检测，扩展内存的映射和扩展串口寄存器的设置。 其后，g p s 模块、图像采集模块、g p r s 模块进行同步初始化；最后，执行系统应用程序。 2 控制g p s 模块，并接收g p s 数据后，存储、分析( 主要是对速度数据进行分析判断) 、 处理和转发。 3 控制摄像头模块，并接收图像数据后，存储、分析、处理和转发。 4 同监控中心建立通信协议。 二、g p s 模块 1 负责实时采集运输车辆的经纬度、速度等相关数据，并将其发送至d s p 模块。 三、图像采集模块 1 负责接收d s p 发送给它的相关指令。 2 负责采集实时图像，并将图像数据送达d s p 模块。 四、g p r s 模块 1 负责建立d s p 模块和控制中心之间端到端的传输通道。 2 由于内嵌了t c p i p 协议，同互联网建立面向无连接的通信。 内蒙古大学硕士学位论文 第二章监控系统总体设计 2 1 监控系统组成 根据所实现的不同功能以及模块化的设计思路，将整个系统划分为三个部分，监控终端 单元，传输单元和监控中心单元，其中监控终端单元是整个系统的重点，监控终端单元的核 心是d s p 数字信号微处理器，由它实现系统的各主要功能。下图2 - 1 是整个系统的拓扑图。 控 ，心 兀 输 兀 控 端 兀 图2 1 监控系统拓扑图 fig 2 - 1m o n i t o r i n gs y s t e mt o p o l o g y 1 、监控终端单元 本系统的监控终端单元包括d s p 最小系统、图像采集模块以及g p s 模块。实现图像数据 和地理位置数据的实时采集、存储、分析、处理和传输等功能。 2 、传输单元 数据传输单元是指监控终端和监控中心之间建立的透明传输通道。建立的过程是：首先 监控终端通过g p r sd t u 连接到g p r s 网络，g p r s 网络利用其网关连接到i n t e r n e t ，同时监控 中心也接入i n t e r n e t ，最后，实现一条面向无连接的透明数据传输通道。从而实现监控终端 和监控中心之间数据和信息的交互传输。 4 内蒙古人学硕士学位论文 3 、监控中心单元 监控中心单元是基于服务器和数据库技术实现的，并结合g i s ( 数字化地理信息系统) 技术，进行远程数据的再现和监视。随着3 g 网络的不断成熟和完善，将来在此基础上增加 w a p 的监控方式，可以更加方便我们随时随地远程监控的便利性。 2 2 系统实现的功能 本论文所要实现的功能主要有：地理位置数据的实时采集和远程图像数据的实时监控。 围绕这两大功能和基于微处理器d s p ，需要设计并通过软件编程来实现以下各个控制部分。 系统加电或重启后，进行系统的初始化和各模块的同步初始化。 执行系统应用程序，d s p 通过g p s 模块实时对地理信息数据进行采集、分析和处理， 并通过g p r sd t u 模块转发监控中心。 根据对g p s 数据中速度的分析结果，d s p 将实时通过图像采集模块采集图像，同时将 采集到的图像数据存储在扩展的数据存储器中，并将图像数据分拆成多个数据包，封装后发 送给g p r s 。 监控终端的d s p 扫描监控中心发来的主动采集图像指令，并执行类似上述图像数据处 理的工作。 最后在监控中心，基于g i s 技术，对运奶车辆进行地理位置和图像的实时再现。 以上功能中除了监控中心外均需要在监控终端的d s p 上采用硬件设计和软件编程来实 现。 内蒙古大学硕士学位论文 第三章监控终端的硬件设计 3 id s p 芯片的选择 根据系统的总体设计和系统实现功能的要求，需要对核心d s p 芯片进行选择。只有选定 了d s p 芯片，才能设计监控终端相应的功能电路和接口电路的软硬件。在实时性的基础上， d s p 芯片的选择要重点关注以下三个方面的要素： 1 、d s p 芯片的运算速度 运算速度是d s p 芯片的一个关键的性能指标。这一指标具体由下面三个定义 来表示： ( 1 ) 指令周期：就是执行一条指令所需要的时间，它的量纲通常以n s ( 纳秒) 为单位。 例如，t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 在主频为4 0 m h z 时，指令周期为2 5 n s 。 ( 2 ) m a c 时间：就是一次乘法加上一次加法的时间。 ( 3 ) m i p s ：就是每秒执行百万条指令。如：t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的处理能力为4 0 m i p s ，即每 秒执行4 千万条指令。 2 、d s p 芯片的硬件资源 为了适应本系统监控终端设计的要求，所选择的d s p 芯片需要具有合适的硬件资源，如： 片内r a m 、r o m 的数量和类型，外部可扩展的程序和数据空间，总线接口，i o 接口等资源。 3 、d s p 的功耗 本设计中，监控终端布放的点比较多，范围又比较广，我们希望少维护甚至是无人维护， 这就决定了需要低功耗的监控终端。目前，3 3 v 的低功耗供电芯片已广泛使用。 综合以上三方面的因素，本系统选择t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 芯片作为监控终端单元的核心控制 d s p 芯片。这是一款由美国t i ( t e x a si n s t r u m e n t s ) 公司生产的产品，专为基于控制的应用 而设计的。t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 是3 3 v 供电的低功耗芯片，c p u 时钟频率4 0 m h z ，具有丰富的通 用i o 接口和片内资源，特别是3 2 k x1 6 位长的f l a s h 程序存储器，为系统的开发调试提供 了方便。 3 2 监控终端单元的组成结构 6 内蒙古大学硕士学位论文 系统的监控终端单元由t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 芯片、g p s 模块电路、c 3 2 8 模块电路、g p r sd t u 模块电路、s r a m 扩展数据存储器组成。系统原理框图如图3 1 所示。 图3 1 监控终端系统框图 fig 3 - 1s y s t e mb l o c kd i a g r a mo ft h em o n i t o r i n ge n d t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 作为整个系统的核心，主要用来完成位置信息和图像数据的采集、存储、 分析、处理和转发在内的所有软件功能。g p s 完成实时地理信息的跟踪和采集并将数据传送 给d s p 。c 3 2 8 接收d s p 的指令并对图像数据进行采集和压缩后发送给d s p 。g p r sd t u 负责建 立透明传输通道，实现数据在监控终端和监控中心之间的交互传送。s r a m 用来存储、交换图 像数据。 3 3t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 的简介 监控终端采用t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 芯片作为其核心部件。下面将就与论文密切相关的 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的组成部分进行逐一详细的介绍，其中包括：t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 芯片的功能特点 及其主要硬件资源，芯片的封装引脚及其功能结构，中央处理单元( c p u ) 的组成及其功能， 三种存储器，串行通信接口( s c i ) 等五个部分。然后，在此基础上对d s p 最小系统及外围接 口电路进行设计和详细的论述。 7 内蒙古大学硕士学位论文 3 3 1t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 的特点 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 芯片是由美国t i 公司推出，专门针对控制应用而设计的1 6 位定点 d s p 芯片，它将高性能的d s p 内核和丰富的微控制器的外设集成于一体。 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 采用了改进的哈佛总线结构，支持可分离的程序总线和数据总线的 读写。该芯片的高速c p u 能够使数字控制系统实时地进行运算，具有灵活的指令集，指令集 包括，信号处理指令和通用控制指令。同时采用流水线的方式使得可分离的程序总线和数据 总线的取指令、执行指令、数据传送和外设控制可以并行进行，极大地提高了工作速度和处 理能力，从而减少开发时间。 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 芯片具体包括以下主要的特点和硬件资源口引： 1 、采用高性能的静态c m o s 技术，工作电压3 3 v ，降低了控制器的功耗。 单指令周期最短为2 5 n s ，4 0 m h z 的运行速度，最高运算速度可达4 0 m i p s ，四级指令执行流水 线，非常适用于实时控制。 2 、基于t m s 3 2 0 c 2 x xd s p 的c p u 内核，保证了t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 代码和 t m s 3 2 0 系列d s p 代码的兼容，从而提高了可移植性。 3 、片内集成有3 2 k 字1 6 位的f l a s h 程序存储器，片上f l a s h 中的代码可以加密。高 达2 5 k 字1 6 位的数据程序r a m ，2 k 字的单口s a r a m ，5 4 4 字双口d a r a m ，可用子产品开发。 4 、具有两个事件管理器模块e v a 和e v b ，每个事件管理器模块包括1 6 位的 通用定时器；8 个1 6 位的脉宽调制( p w m ) 通道。可以实现三相反相器控制、p w m 的中心或边缘 校正及当外部引脚p d p i n t x 出现低电平时快速关闭p w m 通道；防止击穿故障的可编程的p w m 死区控制；对外部事件进行定时捕获的3 个捕获单元；片内光电编码器接口电路；1 6 通道的 同步a d c 。事件管理器模块适用于控制交流异步电动机、无刷直流电动机、开关磁阻电机、 步进电机、多级电机和逆变器。 5 、存储器的寻址空间总共具有1 9 2 k 字1 6 位的空间，分别为6 4 k 字的程序存储器空间， 6 4 k 字的数据存储器空间和6 4 k 字的i o 空间。 6 、可编程看门狗定时器( w d t ) 。利用其可以监视软件和硬件的运行，在c p u 中断时完成系统的复位功能。看门狗定时器上溢就会产生一个系统复位，计数器是8 位的。 w d 的时钟是通过对c p u 时钟的分频而获得的。w d 有一个重要的寄存器w d k e y ，如果写入一个 5 5 h 值之后接着写入a a h 值，就会清除w d 的计数器寄存器w d c n t r 。 7 、1 0 位的a d ，3 7 5 n s 的转换时间，可选择由两个事件管理器来触发的两个8 通道输入 的模数转换器或一个1 6 通道输入的模数转换器。 堕鍪查奎堂堡主兰垡笙茎 8 、控制区域网( c a n ) 2 0 b 模块，有6 个邮箱。 9 、异步串行通信接口( s c i ) 模块，通用的异步接受与发送( u a r t ) 。 1 0 、1 6 位的同步串行外设接口( s p i ) 模块。 11 、基于锁相环( p l l ) 的时钟发生器。 1 2 、高达4 1 个可单独编程或复用的通用双向( 输入输出) 引脚( g p i o ) 。 1 3 、5 个外部中断( 2 个驱动保护、1 个复位和2 个可屏蔽中断) 。 1 4 、电源管理，具有3 种低功耗模式，能独立地将外围器件转入低功耗工作 模式。 3 3 2t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 引脚分布及功能介绍 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 芯片的封装是p g e 封装，具有1 4 4 个引脚，其封装的俯视图如下图 3 2 所示n 3 1 。其中，所有的g p i o 引脚在复位后为输入状态；与数字供电电压分开供电， 与数字地分开，以保持a d 的精确度和提高抗干扰的能力；电源的所有引脚只有正确连 接( 不能悬空) ，芯片才能正常工作；p d p 删a 、c a p n 、x i n t n 、a d c s o c 引脚具有输入保护电 路；p d p i ：引脚的状态反映在c o m c o n x 寄存器中。 9 内蒙古大学硕士学位论文 图3 - 2t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 的p g e 封装图( 俯视) f i g 3 - 2p g ep a c k a g eo ft h et m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p ( t o pv i e w ) t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 功能结构可以表示为图3 - 3 所示n 朝。主要由三大部分组成：c p u 、内 存和外设。c p u 内部嵌入了程序存储器f l a s h ，使用了l p 2 5 6 硬宏指令。外围设备通过外部总 线接口连接到c p u 的内部存储器接口，t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的所有片内外设都是通过外部总线来 访问的。在低频时，所有对外设的读写操作都是零等待状态、单个时钟周期的访问，所有外 设的时钟源都是来至于内部c p u 时钟的分频。 l o 内蒙古大学硕士学位论文 口 然篡嚣翟馁蝴甜棚煳粕哮i o r 鳓。删掀铆陬铀l 知蚋h p 稚c d 缸蜘 图3 - 3t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 的功能结构图 f i g 3 - 3f u n c t i o n a lb l o c kd i a g r a mo f t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s p 3 3 3 中央处理单元( c p u ) 的组成及功能 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的c p u 主要包括下列一些器件：中央算术逻辑单元( c a l u ) 、输入定标器 和乘法单元。总线采用改进型的哈佛并行结构设计，三部分的结构功能框图如图3 - 4 所示n 引。 内蒙古大学硕士学位论文 n o t e s ：as e et a b l e4 耙rs n 佬m lo e s c r c t a s b ，f o rc t a 憎y ，m ed a t aa n dp r o g r a mt l , t t s e sa t es h o w n 锻髓叼培的蝴盈m o 嘞l a c yi 瞰黼旮幻獬sa n dd a t a 勃秘 c r e l 籽协m et m $ 3 2 0 c 2 4 0d s pc 甜搿嘣姆c p 匈嗥蛳，a q d # u g n , c # o n s e tr e f e r e n r _ e8 自6 d b ( 1 l l w a t u t en u m b e r8 p r u i s o ) f o r c p ui n s t u c t l o ns e tm f o r m a 协n 图3 - 4c p i j 的结构功能框图 f i g 3 - 4 b l o c kd i a g r a mo fs t r u c t u r ea n df u n c t i o no ft h ec p u 1 、中央算术逻辑部分 中央算术逻辑部分主要有三部分组成：中央算术逻辑单元( c a l u ) ，实现大动态范围内 的算术和逻辑运算；3 2 位累加器( a c e ) ，接收来自c a l u 的输出，并且可以根据进位位( c ) 的值来实现移位；输出移位器，将累加器的高位字和低位字在送入数据存储器之前进行移位。 中央算术逻辑单元阳1 ( c a l u ) 实现算术和逻辑运算功能，且大多数的功能都只需1 个时 钟周期。这些运算包括：1 6 位加法、1 6 位减法、布尔运算、位测试以及移位和旋转功能。其 中，位操作功能的移位和旋转在累加器中完成。另外由于在程序执行时与辅助寄存器算术单 元( a r a u ) 是完全不相关的。c a l u 有两个输入信号，一个由累加器提供，另一个由乘积定标 1 2 内蒙古大学硕上学位论文 移位器或输入移位器提供。当c a l u 执行完一次操作后，它将结果送至3 2 位的累加器。通过 累加器对其结果进行移位。累加器的输出连到3 2 位的输出数据定标移位器。经过输出数据定 标移位器，累加器的高、低1 6 位可分别移位或存入数据寄存器。状态寄存器s t l 中的s x m 位 为0 时，禁止符号扩展，否则，允许符号扩展。 累加器疆1 ( a c c ) ，一旦c a l u 中的运算完成，其结果就被送至累加器，并且在累加器中执 行单个的移位或循环操作。累加器高位字和低位字中的任意一个可以被送至输出数据定标移 位器，在此移位后，又可被存入数据存储器。和累加器有关的状态位有4 个：进位位( c ) ， 在状态寄存器s t l 的第9 位；溢出方式位( 0 v m ) ，在状态寄存器s t o 的第1 1 位。当a c c 处于 溢出方式即o v m = i ，并且有溢出发生时，a c c 被填充下列特定值之一：如果是正溢出，则累加 器被填充以最大正数7 f f f f f f f h 。如果是负溢出，则被填充以最大负数8 0 0 0 0 0 0 0 h ；溢出标志 位( 0 v ) ，在状态寄存器s t o 的第1 2 位，当溢出发生时，o v 位被置为1 且被锁存；测试控 制标志位( t c ) ，在状态寄存器s t l 的第1 1 位。和累加器有关的转移指令大都取决于位c 、 o v 、t c 的状态和累加器的数值。 输出数据定标移位器1 ，是将累加器的3 2 位复制过来，再根据相应指令中的移位位数将 其内容移动0 - 7 位，然后通过s a c h 或s a c l 指令把移位器的高位字或低位字存至数据存储器， 而累加器的内容保持不变。移位时，其最高有效位丢失而最低有效位填0 。 2 、乘法单元 乘法器的功能是在一个机器周期内完成一个带符号或不带符号的1 6 位1 6 位的乘法， 产生一个3 2 位结果的有符号或无符号的数。乘法单元由1 6 位1 6 位的乘法器、1 6 位的暂存 寄存器t r e g ( 用来保存其中的一个乘数) 、3 2 位的乘积寄存器p r e g ( 用来保存乘法器的乘积) 和乘积定标移位器( 对p r e g 中的乘积进行定标操作) 四部分组成。 乘法运算的一个来自数据存储器的1 6 位数据，并暂存在t r e g 中，另一个乘数来自数据 存储器或程序存储器的一个1 6 位数。乘积定标移位器对乘积结果采用4 种乘积移位方式，由 状态寄存器s t l 的乘积移位方式位p m 指定，其中，p m = 0 0 时，不移位；p m = o i 时，乘积左移 1 位；p m = i o 时，乘积左移4 位；p m = 1 1 时，乘积右移6 位；。 3 、输入定标移位器 它的功能是把程序存储器或数据存储器送来的1 6 位数据调整为3 2 位数，然后送往3 2 位 的c a l u 。它不占用时钟开销。输入移位器的低1 6 位的信号来自数据读总线d r d b 和程序读总 线p r d b ，并对输入数据进行0 1 6 位的左移，再将3 2 为结果送到c a l u 。左移的位数根据两种 塑鍪直奎兰堡主堂垡丝茎 方法获得，一种是在指令字中直接设置移位位数，另一种是由暂存寄存器t r e g 的最低四位有 效位给出移位位数。 4 、辅助寄存器算术单元( a r a u ) a r a u 完全独立于中央算术逻辑单元( c a l u ) ，主要功能是在c a l u 操作的同时执行a r o a r 7 这8 个辅助寄存