基于DSP的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

摘要：設(shè)計(jì)了一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用TMS320F2812 型號的DSP 和MAX1308 型號的AD 轉(zhuǎn)換器完成對8 路同步信號的采集，通過USB 接口芯片CH372 將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對整個數(shù)據(jù)采集過程進(jìn)行控制并顯示。該系統(tǒng)對單路的數(shù)據(jù)采集，可以實(shí)現(xiàn)800kSPS 的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，8 路同步采集可以實(shí)現(xiàn)400kSPS 的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸。

引言

近年來，高速數(shù)字信號處理器(DSP)已越來越廣泛地用于各個領(lǐng)域，例如：通信、語音處理、圖像處理、模式識別及工業(yè)控制等方面，并且日益顯示出巨大的優(yōu)越性。數(shù)字信號處理器是利用專門或通用的數(shù)字信號處理芯片、以數(shù)字計(jì)算的方法對信號進(jìn)行處理，具有處理速度快、靈活、精確抗干擾能力強(qiáng)、體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，滿足了對信號快速精確實(shí)時處理及控制的要求。

通用串行總線USB(Universal Serial Bus)具有連接靈活、可熱插拔、一種接口適合多種設(shè)備、速度高、自動配置、無需定位及運(yùn)行安裝程序、可為外設(shè)提供電源、低功耗、低成本、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)使數(shù)據(jù)的高速傳輸變得非常便利。

設(shè)計(jì)一種通用數(shù)據(jù)采集與信號處理系統(tǒng)，采用高性能的TMS320F2812 芯片和USB總線傳輸技術(shù)，使信號能實(shí)時送到上位機(jī)進(jìn)行分析與處理，從而實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)采集和處理功能。

1、系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)的工作過程主要是將外部的八路同步模擬輸入信號經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，并把采集得到的大量數(shù)據(jù)送入DSP 內(nèi)部對采樣結(jié)果進(jìn)行軟件濾波以及前端處理。在DSP 完成采集數(shù)據(jù)的處理工作后，將處理結(jié)果經(jīng)過USB 總線送至主機(jī)，進(jìn)行實(shí)時的后端分析處理和顯示。

結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示，MAX1308 為MAXIM 公司生產(chǎn)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其采樣最高速率為單通道1075kSPS，8 通道為456kSPS ，精度為12 位，為8 通道同步采樣。采用TI 公司的TMS320F2812 作為處理器，其時鐘頻率最高為150MHz，是目前控制領(lǐng)域性能最高的處理器，具有精度高、速度快、集成度高等特點(diǎn)，為不同控制領(lǐng)域提供了高性能的處理器。USB 接口芯片采用的是CH372 ，具有8 位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出功能，可以方便地掛接到DSP 控制器的系統(tǒng)總線上。利用VC++ 實(shí)現(xiàn)了USB 和計(jì)算機(jī)的高速數(shù)據(jù)通信，充分利用了計(jì)算機(jī)的存儲容量大等特點(diǎn)，可將采集到的數(shù)據(jù)存儲起來供事后分析，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時處理。

圖1 系統(tǒng)框圖

2、系統(tǒng)硬件

2.1 TMS320F2812

C281x 系列DSP 是TI 公司最新32 位定點(diǎn)數(shù)字信號處理器，是基于TMS320C2000 數(shù)字信號處理器平臺開發(fā)的，其代碼與24x/240x 數(shù)字信號處理器完全兼容。因此，240x 的用戶能夠輕松的移植到C281x系列DSP 平臺上，C281x 系列DSP 同時具有數(shù)字信號處理器和微控制器的特點(diǎn)，尤其是C281x 繼承了數(shù)字信號處理器的諸多優(yōu)點(diǎn)，其中包括可調(diào)整的哈佛總線結(jié)構(gòu)和循環(huán)尋址方式。微控制器的特點(diǎn)主要包括字節(jié)的組合與拆分、位操作等。哈佛總線結(jié)構(gòu)能夠完成指令的并行處理，在單周期內(nèi)通過流水線完成指令和數(shù)據(jù)的同時提取，從而提高了處理器的處理能力。

C281x 處理器采用C/C++ 編寫的軟件，其效率高，因此用戶不僅可以應(yīng)用高級語言編寫系統(tǒng)程序，也能夠采用C/C++ 高效率的數(shù)學(xué)算法。C281x 系列數(shù)字信號處理器在完成數(shù)學(xué)算法和系統(tǒng)控制等任務(wù)時都具有較高的性能，這樣就避免了用戶在一個系統(tǒng)中需要多個處理器的麻煩。C281x 處理器內(nèi)核包含了一個32×32 位的乘法累計(jì)單元，能夠完成64 位的數(shù)據(jù)處理能力，從而使該處理器能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的處理任務(wù)。