基于DSP的列車應(yīng)變力測試系統(tǒng)設(shè)計方案

摘 要：本文介紹了基于TMS320VC33 DSP芯片的應(yīng)變力測試系統(tǒng)的設(shè)計，給出了結(jié)構(gòu)原理框圖，并圍繞DSP設(shè)計了測試系統(tǒng)的中斷、復(fù)位子系統(tǒng)、存儲子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)。同時還對測試系統(tǒng)進行了信號完整性分析。

關(guān)鍵詞：測試系統(tǒng)；DSP；應(yīng)變力；信號完整性

車輪與軌道間的作用力是評價車輛運行品質(zhì)的重要因素，能否準確及時地獲取輪軌間的作用力直接影響著車輛脫軌系數(shù)等參數(shù)的計算。應(yīng)變力測試系統(tǒng)是設(shè)計列車運行狀態(tài)地面安全監(jiān)測平臺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文用DSP芯片開發(fā)的測試系統(tǒng)正是針對這一需要。

測試系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

測試系統(tǒng)以高速、高精度的DSP為核心，構(gòu)成了包括模擬信號預(yù)處理、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)的實時信號測試處理系統(tǒng)。其原理框圖如圖1所示。

應(yīng)變傳感器輸出的模擬信號，經(jīng)RC濾波網(wǎng)絡(luò)初步濾去信號中的高頻成分，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，變?yōu)閿?shù)字信號。RC濾波網(wǎng)絡(luò)、A/D轉(zhuǎn)換構(gòu)成了測試系統(tǒng)的前向通道。

中央處理單元以TMS320VC33為主體，該DSP是一款高精度、大容量、寬功率范圍的浮點處理器，具有高度的并行化，以及DMA協(xié)處理器通道。同時，本設(shè)計還在系統(tǒng)中設(shè)置了1個64K×32位的數(shù)據(jù)存儲器和512K×8位的程序存儲器，與DSP共同構(gòu)成了整個系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)。

可編程邏輯(CPLD)是測試系統(tǒng)的硬件控制核心。其主要任務(wù)是控制A/D轉(zhuǎn)換、產(chǎn)生存儲系統(tǒng)的片選信號。
中斷、復(fù)位子系統(tǒng)不僅起到系統(tǒng)復(fù)位的作用，同時還用來確定系統(tǒng)應(yīng)用程序的位置。DSP根據(jù)此系統(tǒng)來裝載應(yīng)用程序并運行。

中斷、復(fù)位子系統(tǒng)設(shè)計

在本測試系統(tǒng)中，DSP需要單獨地組成一個系統(tǒng)，因而把TMS320VC33設(shè)置為微計算機模式，此時TMS320VC33具有程序引導(dǎo)功能。當系統(tǒng)上電或復(fù)位時，TMS320VC33監(jiān)測4個中斷管腳的狀態(tài)，根據(jù)BootLoader程序定位表來確定用戶程序的地址，然后運行自身的BootLoader程序把用戶程序下載到指定地址空間。實現(xiàn)系統(tǒng)BootLoader的復(fù)位電路如圖2所示。

時鐘電路的設(shè)計

TMS320VC33的時鐘，既可由外部提供，也可由板上的振蕩器來提供，但外部時鐘的精確度高、穩(wěn)定性好、使用方便，因而本設(shè)計中使用了12MHz的外部時鐘CLKMD0 CLKMD1=11的時鐘模式，經(jīng)內(nèi)部5倍頻后，產(chǎn)生60MHz 的系統(tǒng)時鐘。

總線驅(qū)動

由于DSP的地址總線和數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動能力有限，當負載較大時，需要用總線驅(qū)動對其負載能力進行擴展，以保證系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。本設(shè)計選用了TI公司的寬總線16位雙向總線驅(qū)動器SN74LVTH16245，它具有很高的集成度和性能。