高速多通道同步DSP数据采集系统

只看该作者 · 2018-4-25 10:57

高速多通道同步DSP数据采集系统

本文利用TI十六位定点DSPTMS320F206和五片四通道同步十二位AD转换器AD7874构成了实时高速二十通道的同步DSP数据采集系统，充分发挥了DSP强大的数据处理能力，同时将分析结果实时以文本或图形两种方式在LCD上显示出来，收到了较好的效果。

1.概述

TMS320C2XX是TI公司继TMS320C2X和TMS320C5X之后推出的一种低价格、高性能的十六位定点运算DSP。TMS320C2XX的体系结构设计基于TMS320C5X，它具有以下特点：

（1）增强的TMS320结构设计，改进的哈佛结构，将数据总线和程序总线分开，具有多级流水线。

（2）高性能、低功耗的静态CMOS工艺；运行速度快，执行速度可达40MIPS。

（3）高度专业化的指令集，便于优化算法；存贮器资源丰富，可寻址224k存贮空间。

（4）丰富的片上外设，包括锁相环、定时器、同步和异步串行口、通用I/O口等。

（5）具有遵循IEEE1149.1标准的片内JTAG仿真接口，可在线对程序进行仿真调试和下载。

      本文以TMS320F206为核心，设计并制作了高速多通道的同步数据采集系统。TMS320F206除具有TMS320C2XX的共同特征外，它的最大特点在于片内带有32k的Flash存贮器，可多次擦写，为开发程序带来很大方便。同时，为了对数据进行快速同步采集，利用模拟器件公司的四通道十二位同步AD转换器AD7874来实现。AD7874是专门针对需要对数据进行同步采集而设计的，片内带有四个采样/保持器和一个多路转换开关，全部四通道的采样频率为29kHz，自带片内参考源。为了将采样数据显示出来，利用EDM240128图形点阵液晶显示器模块完成显示。该模块采用东芝T6963C作为显示控制芯片，能与微处理器直接接口，具有片内CGRAM发生器，可管理64kRAM，可以图形、字符及图形和字符合成方式进行显示，还可以实现字符方式下的特征显示。另外，本系统还带有RS－485通用串行接口，可以很方便的与其它单片机或PC机通讯。本系统充分利用以上芯片的优点，能实时对二十路信号同步采集，结合DSP强大的数字信号处理功能，对输入信号进行FFT变换和处理，完成各次谐波分析，并在液晶屏上用字符或图形两种方式分别将各路采样值和变化曲线、频谱图等显示出来。

２.工作原理

   五片四通道同步数据采集器AD7874的地址和数据总线均与TMS320F206的地址和数据总对应相连，考虑到F206的驱动能力和系统工作的可靠性及稳定性，在F206的地址和数据总线输出端加有双向总线驱动器74LS245，由74LS245来完成外围扩展芯片的驱动。为了实现AD片间真正的同步采样，各个AD的启动由单片机的同一I/O端口来控制，这样只要F206使该端口有效就可以同时启动AD，从而实现了二十路输入的同步采样。为了避免参考源所引起的误差，各个AD使用同一AD自带的内部参考。

TMS320F206内部具有一个十六位的定时器，本系统中利用它来控制采样的时间间隔，根据预估的采样和处理时间设定定时器的初值，可满足等间隔采样的要求。为简化地址译码电路的设计和增加设计的灵活性，利用GAL16V8可编程器件进行地址译码，分别控制AD的启动、各片采样值的读取和选通LCD模块。

由于液晶显示模块EDM240128是八位uP接口的，故只须将TMS320F206的低八位总线与之相连即可。尽管相对快速的DSP而言，EDM240128是一慢速的外设，但TMS320F240内置等待状态产生器，在CPU读写存贮器或端口时，通过增加0～7个等待状态，可以加长CPU等待外部存贮器或外部I/O口响应的时间，TMS320F206的机器周期为50nS，这样可得到的最大等待时间为350nS，已能完全满足EDM240128的要求，从而可省去READY信号产生电路。

RS－485是一种平衡差分驱动、半双工的串行通信接口标准，它具有传输距离远、抗干扰能力强、较高的数据传送速率和便于构成分布式测控网络等优点。MAX485是用于RS－485通讯的低功率收发器，只需＋5V电源即可，本系统利用它引出了一个RS－485串行口。

3.软件设计和调试

因为本系统的软件结构较为复杂，涉及的算法较多，故采用了模块化、由顶向下、逐步细化的结构化程序设计方法，实践证明这一方法可节省软件工作量、提高工作效率，取得了成功。

系统上电CPU复位后，首先由TMS320F206完成自身的初始化，包括配置RAM块，设置数据页指针、中断和I/O模式，设置中断屏蔽位和等待状态位，设置定时器模式、初值、串行口等；然后对EDM240128初始化，包括清显示RAM，设置文本区、图形区和显示方式，建立汉字点阵CGRAM等；然后开EDM240128文本显示和中断，启动AD等待中断；最后进入循环数据采样、处理、显示和串行通讯，完成实时采样、数据处理、液晶显示和串行通讯。----本软件的调试采用了TI的XDS510TMS320系列JTAG硬件仿真器。由于它与目标系统之间采用了JTAG接口（基于IEEE1149.1标准），从而可真正做到完全的硬件仿真，在仿真时不占用硬件资源，且可随时察看CPU内部及外设的工作情况，为程序的调试和除错带来极大方便，仿真的结果与下载代码运行的结果几乎没有出入。

4.结束语

本文论述并实现了高速多通道同步DSP数据采集系统，以高性能的TMS320F206十六位定点DSP为核心，充分利用其强大而高速的数据处理能力对采集的数据进行复杂的运算，并快速得出结果，在LCD上以文本或图形两种方式实时而生动的输出处理结果，界面友好，十二位高速的同步AD转换器又保证了采样的快速性、准确性和同步性。因而，本系统达到了预期的目的和效果，完成了设计的功能。