TMS320LF2407的高速测温仪

　　目前,市场上的的测温仪表种类繁多、性能各异,仅适用于加热能量密度低、升降温速度慢的场合。这些测温仪在一般工业和实验室中的应用已经能够满足要求,但对于在计算机模拟技术中,作为机理研究的实验验证就不适用了。

　　笔者开发的测温仪使用了美国TI推出的定点系列数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407芯片。这款芯片的处理能力可达30MIPS,几乎所有的指令都可以在一个周期内完成。这种处理能力可执行复杂算法,例如,适应控制、卷积、相关、FFT等。片内自带ADC模块。使用TMS320LF2407芯片构成的温度测量系统,具有高速处理能力,扩充的外围电路少、控制电路简单、控制手段灵活、易调试和易维护等特点。

　　1　系统原理

　　温度传感器将温度信号转换为电信号,经过放大器放大成DSP能接收到的电压信号,然后送入DSP内自带的AD转换器的模拟输入口,将模拟信号转换为数字信号。DS18B20作为热电偶的冷端补偿,在系统上电时测出环境温度并送存储器存储。当AD转换结束后,对转换的所有数字信号用快速傅立叶变换进行滤波处理。最后将滤波后的数字信号拟合成温度值。根据需要,通过键盘操作可以显示一点或多点的温度值,或者轮流显示各点的温度,也可以利用微型打印机打印出时间温度曲线。

　　2　硬件构成及工作原理

　　2.1　存储器设计

　　在TMS320LF2407芯片中有32K字的FLASH程序存储器, 544字双口RAM(DRAM)和2K字的单口RAM(SRAM)。对于程序存储器, 32K字的FLASH已经可以满足要求。但对于高速测温,仅有的数据存储器是不够的。在本方案中,一次采样周期为8μs,采样值占用两个字节,则采样的数据量为250K字节/秒。如此大的数据量仅靠片内的RAM是不够的。因此,必须扩展外部数据存储器。在本实验中,采用两片128KX8静态随机读取存储器TC55V8128BJ-12构成16位128K的扩展存储器。

　　2.2　温度传感器

　　为了提高热电偶的响应速度,在此采用小直径0.5mm的镍铬镍铝(硅)热电偶(K型)。这种热电偶的抗氧化能力强,热电动势稳定性好,材料也不易变脆,适用于1300℃以下的温度测量。K型热电偶在1000℃时的热电势为41.269mV,而TMS320LF2407内的ADC满量程为3.3V,故需放大。放大器LM358采用单极性输入,饱和输出电压为3.83V。我们取最大输入电压为2.8V,则放大倍数为2800/41.269≈68。采用二级放大,第一级放大8倍,第二级放大9倍。

　　2.3　显示器

　　该测温仪的显示器由十位发光二极管组成,前七位显示高能量密度加热的时间,后三位显示与时间对应的加热温度。我们使用74LS164串行输入-并行输出8位移位寄存器作为段选码驱动器,每一位用一片74LS164,其并行输出脚作段选的静态驱动。八段LED数码管的公共阴极端连在一起接低电平,十片74LS164串连起来,即可构成一个十位的八段LED数码显示器。