多通道同步數(shù)據(jù)采集及壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　1 引言

　　現(xiàn)代遙測(cè)系統(tǒng)中為了盡可能少地占用傳輸時(shí)間和存儲(chǔ)空間，在有限的信道容量?jī)?nèi)傳輸更多的有用信息，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，有助于降低功率和帶寬要求，改善通信效率。這里提出一種基于DSP與CPLD的多通道同步數(shù)據(jù)采集與壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)應(yīng)用于遙測(cè)多路噪聲數(shù)據(jù)，其中多通道同步數(shù)據(jù)采集可實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量信號(hào)。并進(jìn)行相關(guān)分析后，得到信號(hào)間的相關(guān)信息，而DSP內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)壓縮算法實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)壓縮的功能。

　　2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　2．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

　　圖1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件框圖?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/CPLD">CPLD和DSP的多通道同步數(shù)據(jù)采集及壓縮系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及數(shù)據(jù)接口模塊3部分構(gòu)成。前端由傳感器輸人的模擬信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊的整形放大后，輸入到 A／D轉(zhuǎn)換模塊中，模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，可編程邏輯器件(CPLD1)控制A／D轉(zhuǎn)換器，按照設(shè)定的采樣率采集數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)總線寫入 FIFO，F(xiàn)IFO半滿時(shí)．發(fā)送一次半滿信號(hào)，即DSP的中斷，DSP接收到中斷后立即將一幀數(shù)據(jù)從FIFO中讀人到數(shù)據(jù)處理模塊。DSP將其采集的數(shù)據(jù)高速壓縮后寫入到接口模塊，再由可編程邏輯器件(CPLD2)通過(guò)RS-422總線將數(shù)據(jù)傳送至遙測(cè)系統(tǒng)，做進(jìn)一步分析。

　　2．2 器件選型

　　2．2．1 A／D轉(zhuǎn)換器ADS8365

　　該系統(tǒng)的A／D轉(zhuǎn)換模塊選用TI公司的 ADS8365型A／D轉(zhuǎn)換器，該件支持6通道信號(hào)差分輸入，有3組信號(hào)采集控制端，每組控制2路信號(hào)，16位精度，每通道的轉(zhuǎn)換速度高達(dá)250 kHz。支持高速并行數(shù)據(jù)輸出接口，數(shù)據(jù)輸出接口包括直接地址選擇模式、CYCLE模式、FIFO模式。

　　2．2．2 復(fù)雜可變程邏輯器件(CPLD)XCR3256XL

　　采用CPLD控制各個(gè)接口，這里選用 XCR3256XL型CPLD，它是Xilinx公司的CoolRunner系列的高性能復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。該器件具有如下特點(diǎn)：采用 COMSEEPROM制造工藝技術(shù)；內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，支持3．3 V在系統(tǒng)可編程(ISP)；3．3 V電源，集成密度為6 000個(gè)可用門；引腳間延時(shí)7．5 ns．系統(tǒng)頻率高達(dá)140 MHz。同分離邏輯器件相比，單片CPLD實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性。另外，XCR3256XL具有在系統(tǒng)可編程的功能，只需一根下載電纜連接至目標(biāo)板上，可方便實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)編程，大大方便電路調(diào)試。

　　2．2．3 數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)TMS320C6713B

　　該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的DSP選用TMS320C6713B，該器件TI公司推出的TMS320C67xx系列浮點(diǎn)DSP中的一款。它采用改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，具有運(yùn)算速度快、功耗小和性價(jià)比高等特點(diǎn)。其體系結(jié)構(gòu)采用 Veloci TI超長(zhǎng)指令字VLIW(Very Long Instruction Word)結(jié)構(gòu)。每周期執(zhí)行8條32位指令，支持32／64位數(shù)據(jù)。采用類RISC指令集，具有300 MHz、3．3 ns指令周期的運(yùn)行速度和2 400 MI／s或1 800 MFLOPS的處理能力適用于高速信號(hào)處理。為了加快處理速度，DSP內(nèi)核采用2級(jí)CACHE，其中L1級(jí)CACHE分為4 KB直接程序CACHE和4 KB數(shù)據(jù)CACHE(分為2路)；L2級(jí)CACHE分為64 KB統(tǒng)一存儲(chǔ)器和192 KB附加存儲(chǔ)器。其內(nèi)部有16通道EDMA控制器，能夠高速處理幾乎所有I／O和存儲(chǔ)器的接口問(wèn)題，大大提高器件吞吐速度。外部總的存儲(chǔ)器地址空間最大 512MB，數(shù)據(jù)寬度為32 b，可支持SBRAM，SDRAM，SRAM，F(xiàn)lash和EPROM。TMS320C6713與外部I／O接口通過(guò)FFA構(gòu)造的I／O端口、HPI口、多緩沖串口(McBSP)、SPI口等幾種方式實(shí)現(xiàn)。與專用的硬件壓縮器件相比，TMS320C6713B可方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。以及系統(tǒng)升級(jí)和配置靈活。

　　3 CPLD部分設(shè)計(jì)

　　3．1 CPLD1控制部分

　　CPLD1控制ADS8365包括控制A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率以及數(shù)據(jù)量化輸出模式等，同時(shí)控制CS信號(hào)可有效抑制噪聲；系統(tǒng)時(shí)鐘輸入為50 MHz，CPLD1對(duì)其分頻產(chǎn)生5 MHz時(shí)鐘以觸發(fā)A／D轉(zhuǎn)換器。程序通過(guò)控制A/D轉(zhuǎn)換器的HOLDX來(lái)啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換；控制A／D轉(zhuǎn)換器的ADD來(lái)控制其輸出通道信息，控制A／D轉(zhuǎn)換器的ADDRESS控制其數(shù)據(jù)輸出工作模式?？紤]DSP內(nèi)程序算法每次判斷通道信息會(huì)增加DSP運(yùn)算負(fù)擔(dān)，故設(shè)置A／D轉(zhuǎn)換無(wú)通道信息，A／D轉(zhuǎn)換器工作在CYCLE模式下，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)按通道號(hào)順序循環(huán)輸出，DSP可根據(jù)順序性直接判定數(shù)據(jù)的具體通道。圖2為CPLD1控制ADS8365電路。

　　CPLD1控制DSP主要包括DSP復(fù)位設(shè)置，看門狗設(shè)置，DSP控制信號(hào)與CE空間組合邏輯控制讀FIFO1等。