贾昊  张春光   樊丽萍  唐明新

（大连交通大学，大连116028）

摘要：在高新技术的推动下，随着工业自动化程度的不断提高，在工业中使用的仪表日趋数字化、智能化、多功能化、小型化。本文介绍了一种系列工业仪表，其硬件电路设计采用DSPTMS320F2812微处理器为核心，再配以外围电路可实现多路模拟量、数字量、开关量的输入输出。可靠性、安全性、EMC(电磁兼容)都达到了更高的要求，从而使仪表装置的功能更强、效率更高、适用性更好。产品集中采用了多项先进技术，大大提高了运行的稳定性和可靠性，使数字化智能仪表能够在严酷的电磁干扰环境下应用，已广泛应用于电力、石化、冶金、造纸、印染、酿造等行业。

关键词：DSP2812  工业仪表  模拟量 数字量 开关量 可靠性

中图分类号：TP29

Design of a series of industry appearances based on DSP2812

JIA Hao, QIAO Yi,

YUAN Ai-jin, TANG Ming-xin

(Dalian Jiaotong University Electricity and Information Department,Dalian 116028)

Abstract: The industry appearances have become digital, intelligentize and functional miniaturization appearances with the improvement of industry automatization.This paper introduces a series of industry appearances,their hardware circuit cores are DSPTMS320F2812  MCU.Some peripheral circuits are configured to these appearances to realize many routh simulatores,digitations,switch measures’ in-out.Reliability, security and EMC arrive at higher demand and make the appearances have better function, higher efficiency and better applicability.This product adopt a lot of advanced technology,and this improves stability and reliability.It makes digital brainpower appearances use in rigorous electromagnetism disturb entironment such as electric power, landification, metallurgy, paper making, printing and dyeing, brewing industry.

Key words:DSP2812  industry appearances  simulators  digitations  switch measures  reliability

1仪表的特点及功能

1.1 特点 

（1） 采用了高集成度IC芯片和先进的SMT表面元件贴装工艺以及独特的电路屏蔽技术[1]，使产品具有了超强的抗干扰能力和可靠性，可在十分严酷的电磁干扰环境下长期稳定工作。
（2） 简单快捷的菜单选择，实现仪表各种分度号、标准信号以及远传压力信号、毫伏信号的通用输入与量程设定。
（3） 采用模块化电路结构，通过简便的模块组合，即可实现仪表的各种功能变换，通用性和灵活性显著增强。
（4） 美观大方的仪表外形，并有多种外形结构和尺寸，满足用户的多种选择。
（5） 整机和机芯装配均采用卡入式结构，维护与装拆十分简便。
（6） 采用直流24V的电源供电。
1.2 功能

• 多路模拟量输入(AI) 信号：4～20mA，1～5V，或0～10mA，0～5V。
• 多路模拟量输出(AO) 信号：4～20mA，1～5V，或0～10mA，0～5V。
• 多路开关量输入(DI) 信号：有源，5V，20mA。
• 多路开关量输出(DO) 容量：30V.DC  0.3A；信号：光电隔离，继电器输出。
• 支持RS232接口。
• 可实现CAN通信。

2 系统总体结构

图一系统总体结构框图

    选用TI公司的TMS320F2812[2] DSP芯片，在目前过程控制领域中，它是最先进的DSP微处理器，与传统的单片机相比，它具有功能强、资源丰富、功耗低等突出的性能。具有完美的性能并综合最佳的外设接口，它集成了闪存、高速A/D转换 器、高性能的CAN模块等。具有较高的性价比，利用它可以降低开发难度，缩短面市时间，有效地降低了开发成本。选用外部有源晶振32MHZ来提供芯片的时钟信号。SPI 同步串口的EEPROM扩展比较简单，这里选用CAT25C128[3]，CAT25C128的2脚、5脚分别与DSP的SPI口的SPISOMIA、SPISIMOA相接，6脚SCK接SPICLKA的时钟信号，1脚片选接SPISTEA，为了防止误操作，需接一个上拉电阻，电源采用5V供电，3脚，7脚也用上拉电阻。TI在其TMS320系列芯片上设置了符合IEEE1 149标准的JTAG(Joint Test Action Group)标准测试接口及相应的控制器，从而不但能控制和观察多处理器系统中每一个处理器的运行，测试每一块芯片，还可以用这个接口来装入程序。计算机通过并行接口或转接卡用37芯扁平电缆与XDS-510仿真盒相连，再用14芯JTAG接口线连到用户DSP目标板，方便系统调试。

3 系统详细设计

3．1 RS232串口通信驱动电路

    RS-232-C[4]接口是目前最常用的一种串行通讯接口，机械特性规定使用一个25芯的标准连接器。实际的用户并不一定需要用到RS-232C标准的全集，使用一个9芯标准连准器将不常用的信号舍弃。本系统选用一种新型单电源、低功耗RS-232芯片MAX3232[5]来实现电平转换。使用单电源，电压值3.0v~5.5v都能正常工作，额定电流300 u A，基于整体考虑这个系统采用光电隔离[6]，光藕采用高速光电耦合器6N137。电路比较简单仅需外接几个电容即可完成从TTL电平到RS-232电平的转换。电路图见图二。DSP的串口SCITXDA发送端经过高速光电耦合器6N137进入MAX3232变换后成为标准的串口电平，实现了电平的转换，SCIRXDA、SCITXDB、SCIRXDB原理同SCITXDA。

图二 RS232通信驱动电路

• 2  CAN通信驱动电路

    现场总线[7]是一种开放式、 数字化、多点通信的控制系统局域网络， 是当今自动化领域中最具有应用前景的技术之一。CAN总线是现场总线中的应用热点，CAN是Controller Area Net的缩写，即控制器局部网，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。DSP TMS320F2812片上内嵌了增强型CAN控制器（eCAN）模块，是TI公司新一代32位高级CAN控制器。提供了一个通用可靠的串行通信接口，进行CAN通信时，传输方便灵活、数据量更大、功能完备。在选择收发器时，选用了PHILIPS公司生产的82C250[8]高性能CAN总线收发器。它是CAN总线控制器和物理总线的接口。可以提供对CAN总线的差动发送和接受能力，具有抗瞬间干扰、保护的能力。可以通过调整CAN总线通讯脉冲的边沿斜率来降低射频干扰。

    82C250的RS引脚上接有一个斜率电阻，电阻大小可以根据总线通信速度适当调整，经实验表明一般在16~140kΩ之间为最佳。在电路设计过程中，考虑到增强节点的抗干扰能力，TMS320F2812的TXO和RXO并不是直接与82C250的TXD和RXD相连，而是通过高速光藕6N137后与82C250相连，使用内外电源，这样就很好地解决了总线上各CAN节点间的电气隔离问题。CANH的状态只能是高电平和悬浮，而CANL的状态只能是低电平或悬浮，这种电平特性，即使由多个节点同时发送数据也不会出现短路状态，某个节点的故障也不会影响其它节点，从而使得网络通信更加安全可靠。总线使用双绞线，在总线末端，应接120Ω的电阻匹配。电路图如图三所示。

图三 CAN通信驱动电路

• 模拟量输入电路

    TMS320F2812内部集成了ADC采样模块，内嵌模拟多路复用开关，采样保持电路，所以只需把传感器采集到的标准的4～20mA的信号变换放大为DSP所需要的电压，输入到DSP模拟量输入通道，达到DSP要求即可。TMS320F2812模拟量输入最大为3v，因此，只要把标准的模拟信号4～20ma转化为最大不超过3v的电压信号。电路如图四所示。

图四模拟量输入电路

• 模拟量输出电路

模拟量输出采用PWM输出，最后转化为4～20mA电流。TMS320F2812有两组各6路PWM输出。由于内部电压3.3V会有波动，因此在PWM输出端需接一个缓冲器CD4050来驱动后级，并进行巴特沃斯3阶滤波器后进入电压电流变换电路，得到工业的标准电流4～20mA。电路如图五、六所示。

图五模拟量输出电路的滤波电路

图六模拟量输出电路的电压电流变换电路

3．5 数字量输入输出电路

    数字量输入电路比较简单，采用光电隔离后，在光藕的输入端，外加一个二极管防止反接，保护光藕。为了防止现场强电磁干扰或工频电压通过通道反串到测控系统，除了使用光电隔离为，输出需加保护。这里选用BTS4501,它具有短路保护，过载电压保护为47v，限流保护，热保护功能，并具有一定的EMC,ESD保护特性。电路见图七。

图七数字量输入输出电路

• 结论

    以上所介绍的是单路电路原理，依托于微处理器TMS320F2812，性能较单片机大大提高，同时又具有较大的可扩展性，可根据工业现场环境需要，组合成多路模拟量输入(AI)、

    多路模拟量输出(AO)、多路开关量输入(DI) 、多路开关量输出(DO)等一系列的智能仪表，从而实现对现场信号的采集和控制。经过实际应用，系统稳定，效果良好，可靠性、安全性、EMC都达到了更高的要求，应用前景广阔，可为广大用户借鉴。

参考文献：

[1]  刘光斌，刘东.  单片机系统实用抗干扰技术 . 人民邮电出版社, 2003.10

[2]  TMS320F2810, TMS320F2812 Digital Signal Processors．Literature Number： SPRS1741．Revised July 2003

[3]  TI公司 . CAT25C128 Datebook .   2004

[4]  李朝青 . PC机与单片机&DSP数据通信技术选编3 . 北京航空航天大学出版社,  2004.3

[5]  TI公司.   MAX3232 Datebook .   2004

[6]  北京电气设计情报网 . 基于80C196KB同步发电机微机励磁调节器 . 电气设计与设备, 2004.8

[7]  阳宪惠 . 现场总线技术及其应用 . 清华大学出版社 , 1999

[8]  TI公司 .  82C250 Datebook.    2004