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基于ARM和DSP的地震加速度信號(hào)處理系統(tǒng)

作者: 時(shí)間:2013-01-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  3 信號(hào)處理的硬件實(shí)現(xiàn)

  信號(hào)處理子系統(tǒng)的原理框圖如圖3所示。


  以(選用飛利浦公司的LPC2214)(Ti公司的TMS320VC5402)為核心,外擴(kuò)信號(hào)調(diào)理、A/D采集、網(wǎng)絡(luò)控制及液晶顯示模塊。以作為系統(tǒng)控制中心,控制A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行已調(diào)信號(hào)的采集,經(jīng)DSP的HPI接口將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DSP內(nèi)部RAM 中。完成解調(diào)信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳輸控制、實(shí)時(shí)顯示以及TMS320VC5402的HPI引導(dǎo)裝載。而DSP主要進(jìn)行信號(hào)運(yùn)算,完成解調(diào)和FFT頻譜分析。

  LPC2214控制器片內(nèi)有16 kbits RAM和256 kbitsFLASHl 31.為了便于系統(tǒng)升級(jí),擴(kuò)展了128 kbits的外部RAM 和2 Mbits的外部FLASH.由于DSP要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,而內(nèi)部RAM 空間有限且還要用于存放上電復(fù)位后的boot loader程序,所以擴(kuò)展128 kbits外部RAM.

  LPC2214有bank。 bank 4個(gè)外部存儲(chǔ)器組,而對(duì)于圖3中的系統(tǒng)設(shè)計(jì),擴(kuò)展的存儲(chǔ)器或外部I/O器件有6個(gè)。所以利用片選信號(hào)CS3、地址線A23、A22、A21和一片138譯碼器進(jìn)行地址空間細(xì)分,此片外存儲(chǔ)器或I/O 器件屬于bank,組, 所用地址為0x83000000~0x83ffffff。

  3.1 信號(hào)調(diào)理及A,D采集電路

  信號(hào)調(diào)理最主要目的是為了去除信號(hào)中的噪聲,使被測(cè)電壓范圍和AD采樣范圍相匹配以提高采樣精度。本系統(tǒng)選用Anolog Device公司的ADA4861—3專用放大芯片。該芯片集成了3路放大器。采用單5 V供電。通過調(diào)節(jié)外接電阻的阻值可以獲得1~1 900的放大增益,輸出具有良好的線性度和溫度穩(wěn)定性。由于放大電路集成在芯片中。故減少了噪聲的引入。

  選擇MD芯片主要考慮的性能指標(biāo)有分辨率、轉(zhuǎn)換速率、輸入通道數(shù)、信噪比、輸出接口等參數(shù)。因?yàn)樗杉募铀俣刃盘?hào)頻率在1 kHz以內(nèi)根據(jù)奈圭斯特定理采樣頻率 >2 kHz就能無失真地恢復(fù)原信號(hào),輸入信號(hào)有3路,綜合考慮以上因素本系統(tǒng)選用Anolog Device公司生產(chǎn)的AD7655芯片。該芯片支持4路輸入(INA1、INA2、INB。、INB2),轉(zhuǎn)換位數(shù)達(dá)16位,1MSPS的轉(zhuǎn)換速率,單電源+5 V供電,串/并口輸出方式,雙通道同步采樣。采樣由A。引腳電平控制,A0=0,INA1/INB1采樣同步;A o=1,INA~NB2采樣同步問。參考電壓 面接2.5 V,分辨率為2×VREF/655 36,約為76-3 V.

  3.2 ARM 的接口電路

  ARM 通過HPI接口進(jìn)行連接。ARM先向DSP寫入控制字,設(shè)置工作模式,然后將訪問地址寫入地址寄存器(HPIA),再對(duì)數(shù)據(jù)鎖存器(HPID)進(jìn)行讀寫,即可讀出和寫入指定的存儲(chǔ)單元。主機(jī)由兩根地址線A 、A 可以尋址到HPI接口的控制寄存器、地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器[51;由HBIL、HCNTL1、HCNTL0區(qū)分16位數(shù)據(jù)的高、低字節(jié)。當(dāng)向HBIL=0的地址寫入數(shù)據(jù)時(shí),表示是第1個(gè)字節(jié),向HBIL=I的地址寫入數(shù)據(jù)表示第2個(gè)字節(jié)。并且在數(shù)據(jù)交互之前要設(shè)置控制寄存器中的BOB位,指示高地址在前還是低地址在前。這一步在程序初始化時(shí)由ARM來完成。DSP的片選信號(hào)接主機(jī)的nCS2,地址空間屬bankz組,即0)【82000000~0x82眥DSP可以通過HINT向主機(jī)發(fā)出中斷信號(hào),通知主機(jī)一幀數(shù)據(jù)處理完畢。主機(jī)收到中斷信號(hào)后讀取約定的DSP內(nèi)部數(shù)據(jù)空間中的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)忍幚聿僮鳌?P>  DSP的引導(dǎo)裝載采用HPI方式,中斷2信號(hào)用于激活HPI自舉模式。有兩種方式可以用來獲取中斷2引腳上的輸入信號(hào):①將主機(jī)中斷HINT與INT2直接相連:②在捕捉到DSP復(fù)位向量后的30個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)觸發(fā)一個(gè)有效的外部中斷INT2.由于本設(shè)計(jì)HINT信號(hào)用于向主機(jī)產(chǎn)生中斷信號(hào),所以HPI自舉加載采用方式②。注意到在自舉加載的開始,HINT引腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)有效的中斷信號(hào),所以ARM在初始化時(shí)要清除這個(gè)中斷。

  3.3 ARM 和DM9Ooo網(wǎng)絡(luò)控制接口

  DM90OOE是Davicom公司生產(chǎn)的以太MAC控制器。支持10/100 Mbps傳輸速率。電路使用16位總線方式進(jìn)行控制。即數(shù)據(jù)總線D?!獶。與芯片的SD。~SD。連接,地址線也進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的連接,片選線與芯片的AEN相連。DM9000E 以太網(wǎng)控制器的基地址為Ox300。而總線的地址線A 與芯片的命令/數(shù)據(jù)使能端CMD相連,所以對(duì)其進(jìn)行操作的地址是0x300(地址端口)和0x304(數(shù)據(jù)端口),而結(jié)合ARM 的片選線得到的32位地址為0x83000300 (地址端口)和0x83000304(數(shù)據(jù)端口)。

  4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

  傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中,由于廣泛采用單任務(wù)順序機(jī)制因而編程復(fù)雜。同時(shí)系統(tǒng)安全性差而導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁復(fù)位以至無法達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。本設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)中引入tzCOS—II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),使程序設(shè)計(jì)變得非常簡單,將操作系統(tǒng)移植到LPC2214中以提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。

  首先編寫好與硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序。應(yīng)用層程序以任務(wù)為編程對(duì)象。任務(wù)具有任務(wù)堆棧、優(yōu)先級(jí)等參數(shù),根據(jù)任務(wù)的執(zhí)行順序和重要程度可分配不同的優(yōu)先級(jí);在任務(wù)調(diào)度過程中可以通過OSTaskSuspend(os PRIO—SELF)、OSTaskResume(task_prio)函數(shù)進(jìn)行任務(wù)之間的切換。本系統(tǒng)可分為DSP boot loader、 D采集、讀HPI、寫HPI、網(wǎng)絡(luò)傳輸、液晶顯示等6大任務(wù)。在主函數(shù)中創(chuàng)建任務(wù),設(shè)置任務(wù)各項(xiàng)參數(shù)。主程序流程圖如圖4所示。

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