基于TMS320C6713和MAX1420的高速數據采集系統設計

1 引言
數據采集系統是通信與信息技術(shù)領(lǐng)域中重要的功能模塊，應用廣泛。而傳統的數據采集系統大多以單片機或中規模數字電路為核心，其模數轉換器(A／D轉換器)采樣速率較低。顯然傳統數據采集系統不能完全滿(mǎn)足高速、高精度及具有數字信號處理功能要求，因此，這里提出一種基于DSPTMS320C6713和A/D轉換器和MAX1420的高速數據采集系統。該系統采用DSP控制MAX1420實(shí)現高速數據采集，完成必要的數據通信與數據存儲功能。其中，數據通信是將系統所采集的數據經(jīng)通信接口傳給上位機；而數據存儲是系統存儲必要數據，防止由于系統掉電而丟失數據。另外，DSP除完成系統控制外，還可通過(guò)編程設置實(shí)現對采集數據進(jìn)行實(shí)時(shí)數字信號處理。從而實(shí)現多種信號采集的開(kāi)放式系統設計。

2 系統硬件設計
2．1 系統整體結構設計
該高速數據采集系統選用TI公司的TMS320C6713型DSP作為核心控制器，內核采用超長(cháng)指令字(VLIW)體系結構，8個(gè)功能單元共用32個(gè)32位通用寄存器．最多可在一個(gè)周期內同時(shí)執行8條32位指令，提高程序執行速度；具有32位外部存儲器接口(EMIF)，尋址空間可達52 MB；可與SDRAM、SBRAM實(shí)現無(wú)縫連接，用于大容量高速存儲：直接異步存儲接口可與SRAM、EPROM連接，用于小容量數據存儲和程序存儲：具有16個(gè)獨立的EDMA傳輸通道。在CPU不干預的情況下，支持多路數據的獨立快速傳輸；具有兩個(gè)支持全雙工通信的多通道緩沖串口McBSP。
另外，TMS320C6713便于擴展存儲器和I／O接口。其總線(xiàn)在片內不易受干擾，且應用體積小，容易采取屏蔽措施，故可工作在電磁干擾較強的環(huán)境下，可靠性高。TMS320C6713采用增強型哈佛結構，可以完成并行指令操作。片上還集成有40位算術(shù)邏輯單元ALU，2個(gè)17位×17位硬件乘法器等功能部件。
以TMS320C6713為核心的數據采集系統的整體結構如圖1所示。該系統內部數據總線(xiàn)為32位，連接A/D轉換器、DSP、通信接口以及數據Flash的數據線(xiàn)。DSP的地址總線(xiàn)經(jīng)CPLD澤碼，實(shí)現對A/D轉換器、通信接口、數據Flash等器件的片選信號。DSP控制外圍器件時(shí)，需復用控制總線(xiàn)，因此也需對CPLD進(jìn)行譯碼。

2．2 A/D轉換器模塊設計
A/D轉換器模塊選用MAX1420。MAX1420是ADI公司推出的12位A／D轉換器，其最高轉換速率是60 Ms/s，電源電壓是3．3 V，允許輸入信號范圍是-1．024～+1．024 V，最大功耗218 mW。系統由DSP向MAX1420發(fā)送指令，控制A/D轉換時(shí)序。MAX1420的數據線(xiàn)與系統總線(xiàn)相連。MAX1420的地址線(xiàn)與控制線(xiàn)由DSP發(fā)出指令并經(jīng)CPLD譯碼，實(shí)現該器件的片選(CS)控制；MAX1420工作時(shí)CS保持低電平。MAX1420的工作狀態(tài)BUSY傳送給DSP的INT端，請求DSP中斷，DSP按照時(shí)序要求控制MAX1420，完成A／D轉換。A／D轉換器硬件電路如圖2所示。

另外，系統若要實(shí)現時(shí)分采集多路數據，為簡(jiǎn)化系統設計，只需在MAX1420前端加載多路模擬開(kāi)關(guān)。使用AD7503就可實(shí)現8路模擬開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現多路數據采集。
2．3 通信接口模塊設計
本系統的通信接口有標準RS232和USB2．0兩種接口。由于TMS320C6713片上有標準同步串行接口，若與外部同步串行通信，只需采用MAX3232完成TTL電平與EIA電平的轉換。若采用異步串行接口．則可采用TL16C550實(shí)現該功能。這里采用FT245BM器件完成USB2．0接口，該器件主要功能是進(jìn)行USB與并行I／O口之間的協(xié)議轉換。一方面可從主機通過(guò)USB接口接收數據，并將其轉換為并行I/O口的數據流格式發(fā)送給外設；另一方面外設可通過(guò)并行I/O接口將數據轉換為USB的數據格式傳輸至主機。中間的并行I／O接口與USB的協(xié)議轉換全部南該器件自動(dòng)完成。與PC機通信時(shí)上位機軟件只需采用VB或VC結合控制時(shí)序即可實(shí)現。
FT245BM內部主要由USB收發(fā)器、串行接口引擎(SIE)、USB協(xié)議引擎和先進(jìn)先出(FIFO)控制器等構成。USB收發(fā)器提供USB2．0的全速物理接口到USB總線(xiàn)，支持UHCI／OHCI主控制器；串行接口引擎實(shí)現USB數據的串／并雙向轉換，并遵循USB規范完成USB數據流的位填充／位反填充，以及循環(huán)冗余校驗碼(CRC5／CRC16)的產(chǎn)生和檢錯；USB協(xié)議引擎管理來(lái)自USB設備控制端口的數據流；FIFO控制器處理外部接口和收發(fā)緩沖區間的數據轉換。