|
|
| 基于数字信号处理器和单片机的智能家庭信息中心的设计 |
| 2008年7月10日 10:18
|
作者：方元武 田联房 李向阳 单玉峰 毛宗源
1 引言
随着科学技术的发展，互联网已经渗透到社会生活的每个角落，互联网作为一个全新的信息承载平台的时代已经到来，人们正在把各种各样的设备连接到互联网上。随着IPv6技术的成熟，在不远的将来，每个设备中都将有一个IP地址，每个设备都能轻易地从互联网获得智能控制，于是人们提出了数字化家庭的概念。
数字化家庭就是在家庭范围内或一个小区内，将电脑、电话、智能终端、家电、安防报警系统、环境测控系统、照明系统等多种设备相互连接，组成一个内部网络，然后与广域网相连接。在数字化家庭里，基本上所有与家居生活有关的事情，都可以实现智能化控制与操作。
2 数字化家庭的系统结构
数字化家庭是由各种信息电器组成的。所谓信息电器就是数字化和网络化了的电器设备，如嵌入了单片机的电视机、冰箱、微波炉、电话等。要实现数字化家庭，除了信息电器外，还要有一个主控中心作为数字化家庭的核心——我们称之为智能家庭信息中心（以下简称为iHIC, intelligent Home Information Center）。这些信息电器都将通过iHIC与互联网连接，与网络交换数据并接受统一的控制。整个iHIC系统主要由三部分组成：主控器、音视频采集器和安防控制器，其系统结构图如图1所示。
主控器是iHIC系统的大脑，需要进行大量的音频、视频信号处理，因此我们选用了高性能的数字信号处理器（DSP, Digital Signal Processor）——TMS320DM643。除了进行信号处理，主控器还需要对各种信息电器进行控制，而DSP的控制功能相对较弱，因此选用一个单片机与之相配合，以实现对实时时钟、遥控、RS485主机和摄像机云台等的控制。主控器的硬件结构图如图2所示。
3 主控器中DSP与单片机的通讯
主控器中的DSP和单片机是两个单独的芯片，需要通过某种方式进行连接通讯。常用的通讯方式有RS232、RS485和I2C。而在选择通讯方式时，对RS232、RS485 和I2C进行比较，I2C有如下的优点：
(1) RS485/232主要用于外部设备的连接，I2C 多用于系统内部连接；
(2) RS485/232需要专门的电平转换器件 ，I2C总线上不需要专门的收发器设备；
(3) I2C总线与其他总线相比应用简单，调试方便，占用引脚资源少，而且非常通用。
虽然I2C相比于其他通讯方式有以上优点，但是I2C的传输速率相对较低。由于在主控器中，DSP和单片机之间只需要传输很少的控制信息，因此I2C的速率已经足够。
3.1 DSP与单片机的硬件连接
I2C总线是一种用于IC器件间的二线制总线，它是通过SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）在连接到总线上的器件之间通信。每个挂在I2C总线上的器件都有一个唯一的地址，都可以作为一个发送器或接收器，由器件的功能决定，除了作为发送器和接收器外在执行数据传输时也可以被看作是主机或从机。主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件。此时任何被寻址的器件都被认为是从机。在本系统中采用DM643内部集成的I2C模块，将其作为主机，单片机作为从机，由主对从进行写入和读取。如图3所示：
3.2 I2C的初始化
由于在单片机中I2C的初始化和发送接收与DSP中类似，这里只介绍DSP一端的I2C初始化和发送接收程序。DM643的I2C模块初始化子程序主要完成以下几个寄存器的赋值：
I2CERO=0x00000000； //屏蔽中断
I2CMDRO=0x00000020； //使能I2C模块
I2CPSCO=14； //设置I2C模块时钟频率
I2CCLKLO=6； // Low-time 时间间隔
I2CCLKHO=7； // High-time时间间隔
I2COARO=0x00000001； //从机地址
3.3 DSP端发送接收控制信息的程序流程图
在图3中，由初始化程序把DM643配置为主机，把单片机配置为从机。则当由DSP端向单片机发送控制信息时，DM643作为主机发送器，而单片机为从机接收器，其数据传输过程如下：
(1) DM643主机寻址单片机从机；
(2) DM643主机发送器发送数据到单片机从机接收器；
(3) DM643主机终止传输。
DSP端向单片机发送控制信息的程序流程图如图4所示。
当DM643主机想从单片机从机接收信息时，DM643作为主机接收器，而单片机为从机发送器，其数据传输过程如下：
（1） DM643主机寻址单片机从机，DM643主机接收器从单片机从机发送器接收数据；
（2） DM643主机终止传输。
DSP端从单片机接收控制信息的程序流程图如上图5所示。
在接收信息的程序流程图中，DM643首先设置为主发送模式，并把要读取的数据所在的子地址发送出去，收到响应信息后把自己设置为主接收模式并开始接收单片机发送过来的信息。而单片机刚开始设置为从机接收器，当收到第一个字节后设置为从机发送器并开始发送信息。
4 总结
数字化家庭信息中心构建了一个可扩展的平台，在未来应用中，可以根据需要集成更多新的系统，如加入IPTV、VoIP等应用。
而在应用I2C总线时，需要注意，如果在I2C总线上带内部电阻的单片机接口上连接，可以不外加上拉电阻，在程序中为了配合需求的传输速率，要加入一定的延时。
本文作者创新点：提出了一种新的基于数字信号处理器和单片机的智能家庭信息中心的总体设计方案，并具体分析了主控器中DSP和单片机的通讯实现。
参考文献：
1. Ikuo Keshi，Yumi Shiraishi，Hiroaki Niwamoto，Minoru Okada，Heiichi Yamamoto．“Is Home Network Application Acceptable or Not．0-7803-8834-8/05 IEEE，5337-5340．
2. Texas Instruments Incorporated．TMS320DM643 Video/Imaging Fixed-Point Digital Signal Processor[EB/OL]．http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tms320dm643.pdf，2005-10-28
3. Texas Instruments Incorporated．TMS320C6000 DSP Inter-Integrated Circuit (I2C) Module Reference Guide [EB/OL]．http://focus.ti.com/lit/ug/spru175c/spru175c.pdf，2006-06
4. the I2C-bus specification version 2.1．Philips Semiconductors，January 2000
5. 张小梅，陆俊，彭冰沁，刘宏．嵌入式智能家居监控系统的设计与实现．微计算机信息，2007，1-2：55-56。
http://www.icembed.com/info.asp?ArticleID=27922&ArticlePage=2
|
|
|
|
|
|
|
