基于DSP的高速數據采集系統設計方案

摘要：設計了一種高速數據采集系統，采用TMS320F2812 型號的DSP 和MAX1308 型號的AD 轉換器完成對8 路同步信號的采集，通過(guò)USB 接口芯片CH372 將采集到的數據實(shí)時(shí)傳輸給計算機，計算機對整個(gè)數據采集過(guò)程進(jìn)行控制并顯示。該系統對單路的數據采集，可以實(shí)現800kSPS 的實(shí)時(shí)數據傳輸，8 路同步采集可以實(shí)現400kSPS 的實(shí)時(shí)數據傳輸。

引言

近年來(lái)，高速數字信號處理器(DSP)已越來(lái)越廣泛地用于各個(gè)領(lǐng)域，例如：通信、語(yǔ)音處理、圖像處理、模式識別及工業(yè)控制等方面，并且日益顯示出巨大的優(yōu)越性。數字信號處理器是利用專(zhuān)門(mén)或通用的數字信號處理芯片、以數字計算的方法對信號進(jìn)行處理，具有處理速度快、靈活、精確抗干擾能力強、體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足了對信號快速精確實(shí)時(shí)處理及控制的要求。

通用串行總線(xiàn)USB(Universal Serial Bus)具有連接靈活、可熱插拔、一種接口適合多種設備、速度高、自動(dòng)配置、無(wú)需定位及運行安裝程序、可為外設提供電源、低功耗、低成本、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)使數據的高速傳輸變得非常便利。

設計一種通用數據采集與信號處理系統，采用高性能的TMS320F2812 芯片和USB總線(xiàn)傳輸技術(shù)，使信號能實(shí)時(shí)送到上位機進(jìn)行分析與處理，從而實(shí)現高速的數據采集和處理功能。

1、系統概述

該系統的工作過(guò)程主要是將外部的八路同步模擬輸入信號經(jīng)過(guò)A/D 轉換器進(jìn)行采樣和轉換，并把采集得到的大量數據送入DSP 內部對采樣結果進(jìn)行軟件濾波以及前端處理。在DSP 完成采集數據的處理工作后，將處理結果經(jīng)過(guò)USB 總線(xiàn)送至主機，進(jìn)行實(shí)時(shí)的后端分析處理和顯示。

結構框圖如圖1 所示，MAX1308 為MAXIM 公司生產(chǎn)的模/數轉換器，其采樣最高速率為單通道1075kSPS，8 通道為456kSPS ，精度為12 位，為8 通道同步采樣。采用TI 公司的TMS320F2812 作為處理器，其時(shí)鐘頻率最高為150MHz，是目前控制領(lǐng)域性能最高的處理器，具有精度高、速度快、集成度高等特點(diǎn)，為不同控制領(lǐng)域提供了高性能的處理器。USB 接口芯片采用的是CH372 ，具有8 位數據總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出功能，可以方便地掛接到DSP 控制器的系統總線(xiàn)上。利用VC++ 實(shí)現了USB 和計算機的高速數據通信，充分利用了計算機的存儲容量大等特點(diǎn)，可將采集到的數據存儲起來(lái)供事后分析，也可以實(shí)現數據的實(shí)時(shí)處理。

圖1 系統框圖

2、系統硬件

2.1 TMS320F2812

C281x 系列DSP 是TI 公司最新32 位定點(diǎn)數字信號處理器，是基于TMS320C2000 數字信號處理器平臺開(kāi)發(fā)的，其代碼與24x/240x 數字信號處理器完全兼容。因此，240x 的用戶(hù)能夠輕松的移植到C281x系列DSP 平臺上，C281x 系列DSP 同時(shí)具有數字信號處理器和微控制器的特點(diǎn)，尤其是C281x 繼承了數字信號處理器的諸多優(yōu)點(diǎn)，其中包括可調整的哈佛總線(xiàn)結構和循環(huán)尋址方式。微控制器的特點(diǎn)主要包括字節的組合與拆分、位操作等。哈佛總線(xiàn)結構能夠完成指令的并行處理，在單周期內通過(guò)流水線(xiàn)完成指令和數據的同時(shí)提取，從而提高了處理器的處理能力。

C281x 處理器采用C/C++ 編寫(xiě)的軟件，其效率高，因此用戶(hù)不僅可以應用高級語(yǔ)言編寫(xiě)系統程序，也能夠采用C/C++ 高效率的數學(xué)算法。C281x 系列數字信號處理器在完成數學(xué)算法和系統控制等任務(wù)時(shí)都具有較高的性能，這樣就避免了用戶(hù)在一個(gè)系統中需要多個(gè)處理器的麻煩。C281x 處理器內核包含了一個(gè)32×32 位的乘法累計單元，能夠完成64 位的數據處理能力，從而使該處理器能夠實(shí)現更高精度的處理任務(wù)。