【TMS320F28335传感器数据采集】：精确测量与处理技术的全面指导


参考资源链接：[TMS320F28335中文数据手册：DSP开发速查](https://wenku.csdn.net/doc/6401ac00cce7214c316ea451?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. TMS320F28335微控制器概述

TMS320F28335是德州仪器（Texas Instruments，简称TI）推出的一款高性能数字信号处理器（DSP），广泛应用于实时控制领域，如工业自动化、运动控制、电源电子等。作为C2000系列中的一员，它集成了丰富的外设和接口，能实现复杂算法的快速处理，并提供高度的集成化和用户友好的开发环境。

## 1.1 TMS320F28335的功能特点

该微控制器的主要特点包括：

- 高性能的32位CPU核心，执行速度可达150MHz。
- 具备浮点运算单元（FPU），提升数据处理精度。
- 大容量的片上存储器，包括闪存、RAM和OTP ROM。
- 多种通信接口，如eCAN、SPI、I2C等，方便与各种传感器和控制器通信。

## 1.2 TMS320F28335的应用领域

TMS320F28335适用于需要高速实时数据处理和控制的场合：

- 在电机控制中，实现精确的转速和位置控制。
- 在能源管理系统中，进行电能质量监测和控制。
- 在工业自动化领域，提高生产过程的智能化和自动化水平。

TMS320F28335为开发者提供了一个强大的平台，用以构建精确、稳定、高效率的实时控制系统。本章将为读者构建一个坚实的基础，帮助更好地理解TMS320F28335微控制器，并为后续章节的深入探讨打下基础。

# 2. TMS320F28335的硬件配置

## 2.1 处理器核心和时钟系统
### 2.1.1 CPU架构特点
TMS320F28335是德州仪器（Texas Instruments，简称TI）推出的一款高性能32位数字信号控制器（DSC），它将高性能数字信号处理器（DSP）的数学处理能力与微控制器的外设和控制功能结合在一起。F28335基于TMS320C28x™ DSP核心，拥有增强型的哈佛结构，使得数据和程序内存可以并行处理，极大提升了处理性能。

F28335的CPU提供单周期32位乘法和累加操作能力，使得它在执行复杂的数字信号处理算法时表现出色。此外，内核集成了多个专用的外设控制寄存器，从而允许快速访问和操作外设，大大提高了系统的响应速度。

### 2.1.2 外部时钟管理
TMS320F28335支持多种时钟源，包括内部振荡器、外部时钟输入和外部晶体振荡器等。其中，内部振荡器是一个可以配置的低频振荡器，用于提供内核、外设、以及低频时钟域的时钟信号。外部时钟输入允许使用外部时钟源来驱动系统时钟，为系统提供更精确的时钟管理。

时钟系统由时钟控制模块（Clock Control Module，简称CLK）管理，该模块提供了丰富的时钟源选择和时钟域控制功能。通过时钟控制模块，系统设计者可以精细控制时钟频率，进行动态电源管理，以及在不同的工作模式下对时钟进行调整以适应系统需求。例如，在低功耗模式下，可以切换到低频时钟，减少功耗。

## 2.2 存储器与I/O接口配置
### 2.2.1 RAM和ROM的配置
TMS320F28335配备有较高容量的片上RAM和ROM，这使得它在处理复杂应用时具有足够的运行空间。片上RAM包括高速缓存区和一般数据/程序存储区，同时有专用的RAM空间用于快速中断响应和硬件加速算法的存储。ROM则存放引导加载程序和某些固定功能代码，例如数学函数库。

在配置存储器时，系统开发者需要根据具体应用场景来合理分配内存资源。例如，在实时控制系统中，经常运行的代码和数据可以放置在高速缓存中，以实现更快的执行速度。对于不常访问的数据和程序，则可以放在一般的数据存储区域。

### 2.2.2 外围设备接口
TMS320F28335的外围设备接口丰富，包括通用输入输出（GPIO）端口、增强型脉冲宽度调制器（ePWM）、串行通信接口（SCI）、串行外设接口（SPI）等。这些接口大大增强了控制器与外部设备的通信能力和控制能力。

在设计外围设备接口时，开发者可以根据外设的要求选择适当的接口类型。例如，对于与传感器通信，可以使用SPI或I2C接口，以实现高速数据传输；而如果需要进行长距离或不稳定的通信，则可能选择RS-232或RS-485通信接口。

## 2.3 电源管理与看门狗定时器
### 2.3.1 电源管理单元的配置
电源管理单元负责为TMS320F28335提供稳定的工作电压和电流，并支持多种省电模式。通过不同的省电模式，系统能够在不牺牲性能的前提下，根据实时需求调整功耗，从而达到节能减排的目的。

TMS320F28335的电源管理单元具有多个运行模式，包括全速运行模式（CPU和外设全速运行）、空闲模式（CPU停止，外设保持运行）、等待模式（CPU和外设停止，所有时钟停止）和睡眠模式（在等待模式的基础上进一步减少功耗）。通过配置寄存器，系统可以根据实际工作情况选择合适的运行模式。

### 2.3.2 看门狗定时器的设置和应用
看门狗定时器（Watchdog Timer，简称WDT）是用于增强系统稳定性和可靠性的重要功能。TMS320F28335的看门狗定时器在配置得当时，能够在系统出现异常或程序死锁时，自动复位系统，恢复到正常工作状态。

配置看门狗定时器时，需要设置定时器的计时周期和重载值。程序在运行过程中需要定期地喂狗（即重置定时器计数），否则当计时器溢出时，会产生一个系统复位。设计时，应选择适当的喂狗周期，以确保系统稳定运行而不至于过于频繁地进行复位操作，影响性能。

// 代码示例：配置看门狗定时器
void WDT_Config(void) {
    // 关闭看门狗使能，防止在配置期间复位
    WdRegs.WDCR = 0x0068;

    // 设置预分频器，决定计时周期
    WdRegs.WDTPS.all = 0x000F;

    // 加载重载值，决定喂狗时间
    WdRegs.WDCTL.bit.WDLSB = 0x00AA;

    // 启用看门狗，开始计时
    WdRegs.WDCR.bit.WEN = 1;
}

在上述代码中，首先关闭了看门狗使能，避免在配置时发生不必要的系统复位。随后设置了预分频器和重载值，并最终使能看门狗。每个喂狗周期内，必须执行类似的代码，以避免溢出复位。这样的配置保证了系统在出现异常时能够自动恢复正常运行，但需要合理设计喂狗周期以确保系统稳定运行。

# 3. 传感器数据采集基础

### 3.1 传感器信号类型与接口

传感器是数据采集系统的前端设备，其功能是将物理量（如温度、压力、光强等）转换为电信号。根据输出信号的类型，传感器可以分为模拟信号传感器和数字信号传感器两大类。

#### 3.1.1 模拟信号传感器与ADC

模拟信号传感器直接输出模拟电压或电流信号，这些信号通常与传感器所测量的物理量成比例。然而，微控制器无法直接处理模拟信号，因此需要模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。

- **ADC的工作原理**：当模拟信号到达ADC时，它通过一个或多个比较器进行比较，将电压范围细分为多个区间。每个区间对应一个数字代码，通过这种方式，ADC可以输出一定位数的数字值。在TMS320F28335微控制器中，内置的ADC模块可以根据不同的配置和精度要求进行信号转换。

- **ADC配置示例代码**：

  /* 示例代码初始化ADC模块 */
  void InitADC(void) {
      EALLOW; // 使能EALLOW保护的寄存器写入
      AdcRegs.ADCCTL1.bit.SOCASEL = 0x0; // 设置SOC信号源为ePWM1A
      AdcRegs.ADCCTL2.bit.INTENA = 1;    // 启用中断
      AdcRegs.ADCCTL2.bit.ACQPS = 0x7;   // 设置采样窗口为12.5个ADC时钟周期
      AdcRegs.ADCMAXCONV.bit.MAX_CONV = 0x0; // 设置连续转换的最大通道数为1
      AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV0 = 0;    // 设置通道0为第一个转换的通道
      AdcRegs.ADCTRL3.bit.SMODE_SEL = 0x0;   // 设置单次转换模式
      EDIS; // 禁用EALLOW保护的寄存器写入
  }

- **代码逻辑分析*