基于TMS320VC5509A实现超 - 嵌入式设计应用

　　超声波是一种弹性机械波，其传播时能量相对集中，衰减小，不受光线和周围物体颜色的影响，广泛应用于工业检测之中。电子笔系统要精确完成笔迹形成和存储的功能，首先是要利用超声波检测出各个采样时刻笔触所在位置。为此，需要一个超声波发生器安装于笔触位置，两个超声波传感器固定在一个主设备上。它们的几何位置关系可以由图1表示，其中R(L)和R(R)是两个固定的超声波传感器，TX是笔触上的超声波发生器，a为R(L)与R(R)之间的距离，是一个已知常量。

　　在有红外信号同步的情况下，b和c的大小可以通过渡越时间法实时测量得到。然后，以R(L)所在位置为原点，以R(L)和R(R)的连线为x轴建立平面坐标系，由简单的几何知识得到此时笔触的位置坐标为

　　通过反复测量，以75 Hz频率采样形成点迹，多个时刻的点迹最终形成连续笔迹。为了避免环境噪声干扰和多套系统同时使用时产生的相互干扰，采用文献叙述的两步检测和时隙跳变检测方法。

　　2 系统硬件设计

　　超声波电子笔系统由一个主机设备和一只电子笔组成。其中主机设备包含两个位置固定的超声波传感器、超声接收电路、信号采集和用于笔触位置计算的DSP 处理器。为了功能完善，DSP外接有SD卡存储器、液晶显示器(LCD)，温度传感器和红外发生器，其整体架构如图2所示。

　　接收电路分前级放大，带通滤波，后级放大，整形电路几部分。因为直接由超声波传感器接收到的信号十分微弱，需要进行前级放大，此处选用高精度单片运算放大器OP07实现。带通滤波采用压控电压源二阶带通滤波器，其电路原理如图3所示，它通过改变RF和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率，电路参数由下面的公式计算得到，中心频率

　　核心处理器选用TI 公司的16位低功耗DSP芯片TMS320VC5509A。VC55-09A主频最高达200 MHz，内部有双乘法器，支持DMA操作，集成有USBl．1控制器、多路A／D转化器，并且它自带MMC控制器，可以扩展MMC卡和SD卡作为存储设备。SD卡主要用于存储形成的笔迹信息，用于事后通过片上集成的USB接口上传至电脑作进一步处理，比如通过文字识别软件生成标准字体；液晶显示器实时显示笔迹信息，并且调整系统参数使有利于人机交互；温度传感器用于监控环境温度，由于超声波在空气中的传播速度是一个与温度有关的量，需要对检测的笔迹结果作修正；红外发生器配合电子笔中的红外接收器工作，作为超声波测距时的同步信号。

　　在与SD卡连接时，直接利用TMS320VC5509A自带的MMC控制器，通过对EBSR(外部总线选择寄存器)的设置，来选择工作于MMC／SD模式或MCBSP(多通道缓冲串口)模式，对SD卡的操作其接口方式，如图4所示。

　　显示部分，为了使编程方便，选用了日本SEIKOEPSON公司的SEDl335控制器，它可以直接与DSP相连，有较强功能的I／O缓冲器，在其内部时钟全周期内，可全速响应DSP的访问，使DSP的数据总线直接与控制器的数据接口连接。

　　电子笔部分，主要是在MCU的控制下产生超声波信号，出于小体积和低功耗的考虑，选择了微芯公司8位闪存PIC单片机 PICl0F。PICl0F是6引脚的SOT-23封装，指令执行速度可达2 MI／S，它具备8 MHz内置振荡器，具有波形生成功能。为了提高系统的抗干扰能力，借鉴雷达波形设计方法，波形设计为伪随机的M序列，频率设置为40 kHz。电子笔中的压力传感器安装于笔触顶端，用于检测电子笔是否与书写平面接触，只有与书写平面接触时，才启动其它电路，以节省功耗。

3 系统软件设计

　　主设备的软件系统采用μC／OS多任务系统，其中点迹计算和笔迹形成部分利用VC5509A有双乘法器的特点，用汇编语言高效实现，整体软件功能，如图5所示。

　　系统初始化时完成主程序的入口设置，将寄存器清零，设置中断矢量，对ROM区和RAM区进行初始化。

　　参数设置是对采样时间，检测方式等参数进行配置。

　　来波检测部分，首先由检测电路引起的中断计算出时间差，以此作为点迹计算的依据，然后由坐标转换关系计算出当前点迹位置。计算过程中包含开方运算，采用牛顿迭代法完成。

　　SD卡的操作包括初始化和读写两项操作。初始化时要分别对SD卡控制器和SD卡初始化。SD卡控制器的初始化主要是完成各种参数的配置，包括控制器与DSP数据传输的DMA方式、传输速率、读写超时设置和读写数据块长度等；SD卡的初始化主要是检测卡的电压状态，分配相对地址。

　　DSP访问液晶控制器时，首先将指令代码写入指令缓冲器，随后将该指令所需参数按顺序通过数据输入缓冲器写入相应的功能寄存器中。其中SEDl335指令代码既可设置功能位，又是参数寄存器的选通码。

　　手写笔内部MCU部分的程序既要通过压力传感的信号判断笔触是否已经与纸张接触，又要判断主设备的红外同步信号，当检测就绪时，才产生设定频率的超声波信号。

　　4 结束语

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微型自动气象站设计方案(超声波)，适用于高压输电线路。

2016-05-19 15:16:15

基于TMS320VC33钻井液测漏仪设计与实现

（1）采用了超声波传感器，不存在机械可动部件；（2）具有很好的实时性；（3）采用两只性能相同的超声波传感器对发、对收，不象压力传感器那样存在直接测量的敏感面；（4）采用了TMS320VC33浮点数字信号处理器，提高了测量精度。

2017-09-02 11:19:07

超声波测距技术方案汇总

基于超声波的应用非常广泛，常见的有用于检测、测距、测速等方面，此篇技术方案汇总将带你详细了解超声波的相关应用。采用直接时差法的无线超声波风速风向仪设计采用直接时差法，以TMS320

2017-10-16 15:55:53

TMS320VC5416DSP并行自举方案的设计与实现

TMS320VC5416DSP并行自举方案的设计与实现

2017-10-20 09:15:22

Using the TMS320VC5509／5510 Enhanced HPI

Using the TMS320VC5509／5510 Enhanced HPI

2017-10-20 11:29:39

TMS320VC5509 Silicon Errata

TMS320VC5509 Silicon Errata

2017-10-20 14:15:56

TMS320VC5509A超声波电子笔设计方案

速度要小得多，其传播的时间较容易检测，将其应用于电子笔系统中，可以使输入设备更加便捷，笔迹跟踪准确。 DSP拥有高速的运算能力，适合于大运算量的信号处理，在超声波电子笔系统中将其作为信号处理的核心处理器是一个良

2017-11-01 16:38:30

超声波腐蚀检测技术

针对油气管道因腐蚀引起的管壁减薄的现象，研究了超声波腐蚀监测技术，实现对管道腐蚀的长期监测。基于超声波脉冲反射法原理，提出了具有校正功能的测厚方法，给出了超声波腐蚀监测系统的具体设计方案。系统引入

2017-11-13 16:32:03

数字化指向性扬声器

换能器阵列等模块组成。采用近似开方补偿减小非线性失真，采用带动态载波的双边带调制算法进行幅度调制，所有的信号处理算法都在一片TMS320VC5509A上实现。使用双采样率和乒乓缓存结构，减小了系统计算量并便于复杂算法的实现。本设计方案具有性能高、成本低、开发效率高、便于维护

2018-03-02 13:59:52

TMS320VC5509A定点数字信号处理器的英文详细原版资料概述

TMS320VC5509A定点数字信号处理器（DSP）是基于TMS320VC5X DSP处理器的CPU核。C55X微处理器的DSP架构通过提高并行性和减少功耗的总关注来实现高性能和低功耗。CPU支持

2018-04-25 17:17:44

TMS320VC5509A硬件设计资源的详细英文资料

本文的主要内容介绍的是TI的产品TMS320VC5509A的硬件设计资源的详细英文资料的概括

2018-04-25 17:24:32

TMS320VC5509A数字信号处理器功能规范中的已知异常

TMS320VC5509A数字信号处理器功能规范中的已知异常该文档描述了TMS320VC5509A-设备（即，144引脚LQFP、PGE后缀和179引脚微星BGA域、GHH后缀）的功能规范的已知异常。

2018-04-25 17:30:17

从TMS320VC5509到TMS320VC5509A的迁移详细资料概述

　　该文件提供了TMS3VC5509与TMS3VC5509之间的差异的总结。所有的努力已经作出了全面的清单这两个设备之间的差异，如果识别出额外的变化，这将被更新。作为本文档的重点是两个设备之间的差异，描述的行为和功能的设备仅解释的程度来说明差异。

2018-04-26 08:40:11

TMS320VC550和35507/5509双实时时钟（RTC)的详细资料概述

本文描述了TMS320VC550、TMS320VC5507、TMS320VC5509和TMS320VC5509ADSP的实时时钟（RTC）。RTC提供时间基准和产生基于时间的报警器以中断DSP的能力。

2018-04-26 11:24:50

TMS320VC5509A PGE IBIS Model DSP IBIS行为模型的详细资料概述

本文的主要内容介绍的是TI的产品TMS320VC5509ADSP的IBIS行为模型的详细资料概述

2018-05-03 17:37:05

TMS320VC5509A（GHH指示器）的ORCAD符号的详细资料概述

本文档的主要内容介绍的是TI的产品TMS320VC5509A（GHH指示器）的OrCAD符号的详细资料概述

2018-05-04 17:22:04

TMS320VC5509A 定点数字信号处理器

电子发烧友网为你提供TI(ti)TMS320VC5509A相关产品参数、数据手册，更有TMS320VC5509A的引脚图、接线图、封装手册、中文资料、英文资料，TMS320VC5509A真值表，TMS320VC5509A管脚等资料，希望可以帮助到广大的电子工程师们。

2018-10-09 11:29:30

超声波换能器应用

超声波换能器的应用十分广泛，它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等。按实现的功能分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境分为液体、气体、生物体等;按性质分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等。

2018-12-20 17:23:03

11847

基于DSP芯片实现超声波无损检测系统的设计

无损检测在工程领域应用越来越广，超声波检测是无损检测的主要方法之一，主要应用在测距、探伤、测厚等领域。超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，可产生较大能量，并且在不同的媒质介面，超声波的大部分能量会反射。利用该特性，可以实现超声测距和超声探伤。

2021-03-26 09:33:56

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基于TMS320VC5509A实现超声波笔迹检测的设计方案

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