基于DSP的多通道数据采集系统的设计与实现

基于DSP的多通道数据采集系统的设计与实现

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文章编号：１００８－０５７０（２００７）１１－２－０１８５－０３

ＤＳＰ开发与应用

基于ＤＳＰ的多通道数据采集系统的设计与实现

ＴｈｅＤＳＰ－ＢａｓｅｄＤｅｓｉｇｎＡｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎＯｆＴｈｅＭｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ

（重庆大学）王洪梅

ＷＡＮＧＨＯＮＧＭＥＩ

摘要：本文介绍了一种基于ＤＳＰ的多路数据采集卡的设计和实现方案，从系统的硬件和软件设计两个方面详细阐述了总体方案及其原理，并针对ＤＳＰ的同步串行接口，研究了其串口扩展方案，实现了ＤＳＰ与ＰＣ机间的串行通信。该方案具有很高的工程应用价值。关键词：数据采集；ＤＳＰ

中图分类号：ＴＰ２７３１文献标识码：Ｂ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＤＳＰ－ｂａｓｅｄｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｐａ－ｐｅｒｅｘｐａｔｉａｔｅｓｏｎｃｏｌｌｅｃｔｉｖｉｔｙｓｃｈｅｍｅｆｒｏｍｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓｅ－ｒｉａｌｐｏｒｔｏｆｔｈｅＤＳＰ．ＴｈｅｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＤＳＰａｎｄＰＣｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｈａｓｈｉｇｈｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ＤＳＰ

引言

现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，在瞬态信号测量、图像处理等一些高速、高精度的测量中，信号的幅值和频率变化的速度是非常快的，如何将这些高速变化的模拟信号采集到计算机里进行处理便是一个需要解决的实际问题。将ＤＳＰ技术应用于高速数据采集，可以对远程采集到的数据进行实时处理，能够使采集的大量信号高速可靠地传递至主控计算机以作进一步的分析处理。

在上述应用背景下，本文设计了一种使用ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１０Ａ作为处理器，用高速Ａ／Ｄ转换芯片进行数据采集与处理，使用ＲＳ－２３２接口进行数据通信的远程数据采集卡。

如图１所示，整个采集系统由Ａ／Ｄ转换电路、ＤＳＰ处理部分、串口传输部分等组成。由于数据采集卡工作在恶劣的环境中，因此要求硬件电路在保证完成尽可能多工作的同时，使用尽可能少的器件，以保证采集板能够长时间稳定工作。

２系统硬件实现

２．１主处理器简介

随着数字信号处理器（ＤＳＰ）性能的提高和价格的下降，它在电子工业领域得到了越来越广泛的应用。本数据采集卡的核心处理器选用的是ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１０Ａ。ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１０Ａ（以下简称５４１０Ａ）是德州仪器公司（ＴＩ）推出的属于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４Ｘ系列的高性能而专门１６位定点数字信号处理芯片，是为实现低功耗、

设计的定点ＤＳＰ芯片，主要应用在通信、数据采集等系统中。该芯片采用ＣＭＯＳ制造工艺，属于第七代ＤＳＰ产品，它的工作频率可以根据需要进行调整。５４１０Ａ的运行速度可达１６０ＭＩＰＳ，它的内部有６４Ｋｘ１６ｂｉｔ的ＤＡＲＡＭ以及１６Ｋｘ１６ｂｉｔ的ＲＯＭ，丰富的资源配置为系统设计提供了极大的便利。该芯片支持单指令循环和块循环，支持３２位长操作数指令，支持两个或三个操作数读指令，支持并行存储和并行装入的指令，支持条件存储指令及中断快速返回指令。它的存储块移动指令提供了更好的程序和数据管理。它的片内外设包括软件可编程等待状态发生器，连接内部振荡器或外部时钟源的锁相环（ＰＬＬ）发生器，一个

技术创新

１系统方案设计

作为一个使用ＤＳＰ芯片作为处理器的远程数据采集系统，不但要完成数据的采集工作，而且还要能够对数据进行实时处理，然后将数据传递至ＰＣ主机端。此远程数据采集系统需要完成的基本功能是：自动完成多路模拟信号的采集工作，将信号放大，滤波处理后数字化，经过短暂存储及初步处理，将数字化信号分组，传递至计算机，供分析软件进行数据分析。

１６ｂｉｔ定时器，六通道直接存储访问（ＤＭＡ）控制器，三个多通道缓

该芯片的各冲串口（ＭｃＢＳＰｓ）和一个８ｂｉｔ增强型主机接口（ＨＰＩ８）。

种性能指标完全能够满足本系统的要求。

由于５４１０Ａ芯片内部本身不带ＦＬＡＳＨ程序存储器，因此，

在采集板上要使用ＦＬＡＳＨ存储器来保存程序，本设计使用的芯片是ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ。５４１０ＡＤＳＰ芯片内带１６Ｋ字节的ＲＡＭ，其中一部分用来运行程序，另外一部分可以用来存储临时数据，片内的ＲＡＭ存储器不能满足数据存储容量的要求，因此在采集板上还要扩充一部分ＳＲＡＭ。本采集卡上使用的ＳＲＡＭ芯片为

图１采集系统硬件框图

王洪梅：在读研究生

基金项目：重庆市科委自然科学基金（２００５０２０７）ＰＬＣ技术应用２００例》

ＣＹ７Ｃ１０２０。

：３６０元／年－

１８５－