微處理器電路主要完成通信、數(shù)據(jù)處理、功能控制、人機交互等工作。主要由TMS320F2812、晶體振蕩器、電源控制、WATCHDOG等器件組成。其中晶體振蕩器、電源控制和WATCHDOG是TMS320F2812能夠正常運行的保證；DSP芯片配合完成各種控制任務。

5.1微處理器的選擇

目前，應用于工業(yè)控制系統(tǒng)的微處理器主要有單片機、DSP（Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理器）和ARM（Advanced RISC Machines，高級精簡指令集處理器）。

單片機的價格低廉，但性能較低、處理速度較慢，適用于對速度要求不高并且任務簡單控制系統(tǒng)中。

ARM架構是面向低預算市場設計的第一款RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令系統(tǒng)計算機）微處理器，它提供一系列內核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。精簡指令使微控制器的線路可以盡量優(yōu)化，硬件結構更加簡單，從而可以實現(xiàn)較低的成本和功耗。由于應用ARM的所有產(chǎn)品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運行，可以有效地縮短應用程序開發(fā)與測試的時間，也降低了研發(fā)費用。目前ARM在電子消費類產(chǎn)品中應用較多。

ARM處理器具有比較強的事務管理功能，可以用來運行界面以及應用程序等，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在控制以及低功耗方面。DSP主要是用來計算的，比如進行加密解密、調制解調等，優(yōu)勢是強大的數(shù)據(jù)處理能力和較高的運行速度。DSP控制器的主要特點包括：

1.哈佛體系結構 哈佛結構是不同于傳統(tǒng)的馮諾依曼結構的并行體系結構，這是DSP控制器的最大特色。哈佛結構中，由于數(shù)據(jù)和程序存儲器在兩個分開的空間中，每個存儲器獨立編址，獨立訪問，并相應設置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，因此取指和執(zhí)行能完全重疊進行，使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。

2.流水線操作 與哈佛結構相關，DSP芯片廣泛采用多級流水線，取指、譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)存儲的操作可以并行、獨立地處理，這可使指令執(zhí)行能完全重疊，從而大大提高了處理器的處理速度。

3.內置專用的硬件乘法器 DSP芯片有專用的硬件乘法器，乘法可在一個指令周期內完成，這可以大大縮短數(shù)據(jù)處理算法中的乘法運算時間。這對于阻抗測量系統(tǒng)的設計來說非常重要，因為在裝置軟件中，對數(shù)據(jù)的處理算法中就有很多會用到大量的乘法運算。若能縮短每條乘法指令的運算時間，就可以大大節(jié)省程序運行時間。

在阻抗測量領域中，對主控制器的要求主要體現(xiàn)在運算速度、數(shù)據(jù)處理能力以及復雜算法的實現(xiàn)能力等，而對事務管理能力及低功耗的要求并不高。綜合考慮阻抗測量對主控制器的要求以及上述各控制器的特點，選用DSP作為主控制器。

當今世界上，生產(chǎn)DSP控制器的大公司主要有TI公司（Texas Instruments Incorporated，德州儀器公司），AD公司（Analog Device Incorporated，模擬器件公司）、MOTOROLA公司等。

在眾多的DSP生產(chǎn)公司，本文選用了TI公司的DSP作為主控制器。選擇該公司的產(chǎn)品主要基于以下幾點考慮：

1.TI公司的DSP控制器種類齊全，并且該公司的DSP控制器屬于通用型DSP控制器，與單片機相比，具有更加適合于數(shù)字信號處理的軟件和更豐富的硬件資源；與其它公司的專用型DSP控制器相比，應用更加廣泛。

2.TI公司的DSP控制器每個系列的不同型號之間雖然外設可能變化很大，但在代碼上卻是繼承的，這樣利于用戶根據(jù)需要來改變自己的方案。

3.TI公司是世界上最大的DSP控制器供應商，其DSP市場份額約占全世界份額的50%，在中國市場上，其份額占到了70%；TI公司的DSP在中國市場上的技術支持、服務及應用情況都占絕對優(yōu)勢。

現(xiàn)在TI公司主要推出的產(chǎn)品包括三種DSP系列[29]，它們是TMS320C2000、TMS320C5000和TMS320C6000系列。其中，TMS320C5000和TMS320C6000系列都集成了高性能的CPU，其目標是適用于大量存儲器和高級語言的微機系統(tǒng)以及嵌入式系統(tǒng)中。而TMS320C2000系列不集成高性能的CPU，而把許多其它功能，例如A/D、FLASH、定時器、CAN控制器、SPI接口、SCI接口、PWM等集成在一個芯片上。這種芯片外部擴展能力較弱，一般用于實時控制系統(tǒng)中。

阻抗測量系統(tǒng)屬于實時控制系統(tǒng)，基于阻抗測量的算法，處理速度以及成本的考慮，此次設計采用TI的TMS320C2000作為主控制器。

TMS320C2000中主要有TMS320C/F28x和TMS320C/（L）F24x兩個子系列。其中TMS320F28x是繼TMS320F24x之后出現(xiàn)的一種低價格、高性能的32位定點DSP芯片。它是在TMS320F28x為內核的基礎上擴展了相應的存儲器并集成了大量的片內外設而成的新一代適用于工業(yè)控制的DSP芯片。TMS320F2812就是其中的一種。

TMS320F2812中采用了多總線的哈佛結構，這樣就使總線操作時序分為取指令、指令譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行指令四個獨立階段并行處理，從而極大地加快了微處理器芯片的處理速度。其中內部地址總線分為3條，即程序地址總線（PAB）、數(shù)據(jù)讀地址總線（DRAB）和數(shù)據(jù)寫地址總線（DWAR）；內部數(shù)據(jù)總線也對應分為3條，即程序讀數(shù)據(jù)總線（PRDB）、數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)總線（DRDB）及數(shù)據(jù)程序寫數(shù)據(jù)總線（DWDB）。而外部數(shù)據(jù)總線（XD，16位）和地址總線（XA，19位）仍為單一形式，這使得眾多的外圍芯片可與其兼容。

與多組總線形式的哈佛結構相關，在TMS320F2812處理器中采用了流水線操作以減少指令執(zhí)行時間，允許DSP同時進行程序指令和存儲數(shù)據(jù)的訪問，從而增強了處理器的處理能力。在TMS320F2812中采用了八級邏輯流水線，也就是說，處理器可以并行處理多條指令，每條指令處于流水線上的不同階段，從而實現(xiàn)了一種并行處理的機制。同時，TMS320F2812還具有專門針對片上Flash存儲器的Flash流水線模式，能顯著提高指令從Flash中執(zhí)行的速度。

TMS320F2812具有低功耗的特點，它采用靜態(tài)CMOS工藝，芯片供電電壓為1.8V（內核）、3.3V（I/O），相比于采用5V工作電壓的系統(tǒng)，它的功耗可降低很多。

TMS320F2812片內有多種形式的存儲器及多個不同的存儲空間。采用程序與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址的存儲體組織形式，為用戶分配存儲器提供了很大的靈活性。TMS320F2812提供了外部存儲器接口，可擴展1M的外部存儲器。由于TMS320F2812本身具有非常大的Flash，所以一般不必外擴ROM，外部RAM可以根據(jù)需要進行擴充。