基于TMS320F2812的光學(xué)標記信息采集系統

光標閱讀機是一種光學(xué)標記信息卡錄入設備,廣泛應用于考試、人口普查、彩票投注、選舉等領(lǐng)域。目前在國內外有多種光標閱讀機，這些產(chǎn)品較為成熟，形式多樣，能快速準確地完成信息數據錄入，但它們也有各自的缺點(diǎn)，如結構復雜、生產(chǎn)成本高等。本文介紹一種新型的基于DSP TMS32OF2812的光標閱讀機系統，該系統具有結構簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)，有很強的實(shí)用價(jià)值。

2硬件結構

光標閱讀機硬件一般由LED傳感器、ADC、數據處理控制單元、PC機接口、饋紙控制等部分組成，目前常用的光學(xué)標記閱讀機硬件結構有兩種：數據處理控制單元采用工控板方式和數據處理控制單元采用DSP+FlaGA方式。這兩種電路比較復雜，生產(chǎn)成本較高。

本文介紹的是數據處理控制單元采用基于TMS320F2812的硬件結構．TMS320F2812是美國TI公司研制的2000系列數字信號處理器，是面向電機控制、工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的第一款具有片內Flash、工作頻率高達150 MHz的32位DSP。TMS320 F2812采用經(jīng)典哈佛總線(xiàn)結構,利用多總線(xiàn)在存儲器、外圍模塊和CPU之間轉換數據，這種多總線(xiàn)結構使其可以在一個(gè)周期內并行完成取指令、讀數據和寫(xiě)數據，同時(shí)它采用了指令流水線(xiàn)技術(shù)，保證信號處理的快速性和實(shí)時(shí)性。TMS320F2812的內部存儲器包括14 K的RAM和128 K16 bit的Flash：片內集成了16通道12 bit的ADC模塊、16通道PWM輸出、多達56個(gè)獨立的可編程GPIO、3個(gè)帶有6種模式的通用目的定時(shí)器、3個(gè)可配置死區的比較器、3個(gè)單端比較單元、4個(gè)捕捉單元。同時(shí)還集成有多種串行接口[1]。

系統基本結構如圖l所示，用帶有內部A/D轉換的。TMS320F2812作為核心，數據傳輸采用USB接口。該系統具有電氣結構簡(jiǎn)單、成本低、采集處理速度快、數據傳輸快等優(yōu)點(diǎn)。

3數據采集

光學(xué)標記閱讀機是一種光學(xué)標記信息數據采集設備，采集速度和精度是兩個(gè)非常重要的方面。本系統采集模塊采用TMS320F2812內部A/D模塊，此模塊是一個(gè)12位、具有流水線(xiàn)結構的模數轉換器，內置雙采樣保持器(S/H)，可多路選擇16通道輸入，快速轉換時(shí)間運行在25 MHz或12.5 MHz。輸入電壓范圍0 V～3 V，單次轉換時(shí)間200 ns，流水線(xiàn)轉換方式轉換時(shí)間60ns,ADC模塊有兩個(gè)獨立的排序器，可以工作在雙排序器模式和級聯(lián)排序模式[2]．可以提供很高的采集速度。

TMS320F2812內部ADC存在增益誤差和失調誤差，需要進(jìn)行校正，否則會(huì )影響信號精度，其轉換方程可以表示為y=xmab,式中ma為實(shí)際增益．b為失調誤差。通過(guò)對TMS320F2812的ADC信號采集進(jìn)行測量，發(fā)現ADC增益誤差一般在5％以?xún)?，可以采用以下方法對其進(jìn)行校正：選用ADC的任意兩個(gè)通道作為參考輸入通道，并分別提供給它們已知直流參考電壓作為輸入(兩個(gè)電壓不能相同)，通過(guò)讀取相應的結果寄存器獲取轉換值，利用兩組輸入輸出值求得ADC模塊的校正增益和校正失調，然后利用這兩個(gè)值對其他通道的轉換數據進(jìn)行補償，從而提高ADC模塊轉換的準確度。具體計算過(guò)程如下：

① 獲取已知輸入參考電壓信號的轉換值yL和yH。

② 利用方程y=xma+b及已知的參考值(xL，yL)和(xH，yH)計算實(shí)際增益及失調誤差：實(shí)際增益ma=(yH-yL)/(xH-XL)；失調誤差b=yL-xLma。

③ 定義輸入x=yCalGain-CalOffset，則由方程y=xma+b得校正增益CalGain=1/ma=(xH-xL)/(yH-yL)，校正失調CalOffset=b/ma=yL/ma-xl。

④ 將所求的校正增益及校正失調應用于其他測量通道，對ADC轉換結果進(jìn)行校正。

TMS320F2812 ADC轉換模塊通道間的增益及失調誤差均在0.2％以?xún)龋钥梢圆捎蒙鲜龇椒▽ζ溥M(jìn)行校正[3]。實(shí)驗結果表明校正后ADC的誤差被控制在0.5％以?xún)?，大大提高了采集精度?/P>

本系統設計信號輸入為40路，DSP本身的ADC輸入通道是16路，所以要外接多路轉換器進(jìn)行擴展。在電路設計中，采用5條DSP ADC輸入通道ADCINAO～ADCINA4，每一通道掛接一片8路輸入1路輸出多路模擬轉換器4051。擴展為40路模擬信號輸入。圖2是TMS320F2812的ADC與信號之間的接口。

4數據通訊

光標閱讀機是一種快速設備，一秒鐘可識別幾張信息卡，與PC之間需要進(jìn)行快速數據傳輸，本系統采用USB通訊方式，采用一款性?xún)r(jià)比很高的USB器件PDIUSBDl2，它通常用在微控制器系統中實(shí)現與微控制器之間的高速通信，完全符合USBl.1規范。PDIUSBD12與TMS320F2812都工作在3 V電壓下，它們之間通過(guò)并口連接，給PDIUSBD12分配一個(gè)片選，TMS320F2812可以通過(guò)讀寫(xiě)地址對其進(jìn)行操作，PDIUSBDl2的并口接口速率是2 MHz．相對于TMS320F2812來(lái)說(shuō)屬于低速設備，需要在軟件中進(jìn)行設置，插入等待周期。圖3是TMS320F2812與PDILISBI)12的硬件連接圖。

5 電機驅動(dòng)

本系統電機驅動(dòng)部分采用1298雙路驅動(dòng)器，可以驅動(dòng)兩個(gè)電機，為了提高其驅動(dòng)能力，采用雙路結合的辦法驅動(dòng)一個(gè)電機。電機驅動(dòng)部分與DSP之間不能直接進(jìn)行電氣連接，否則電機運轉時(shí)會(huì )嚴重干擾DSP，它們之間需要用光電耦合器進(jìn)行隔離。圖4是TMS320F2812與電機驅動(dòng)之間的接口連接圖。

6固件設計

系統固件設計主要由初始化程序、USB固件程序、A/D采集控制、數據采集處理以及電機控制部分組成。

初始化程序主要對片上資源進(jìn)行配置，如CLOCK、ADC、EVI/O、Flash等的配置；USB固件程序主要由硬件提取層、PDIUSBDl2命令接口、中斷服務(wù)程序、標準請求處理程序、廠(chǎng)商請求處理程序等部分組成，主要實(shí)現USB協(xié)議處理與數據傳輸；A/D采集控制程序處理信號的采集速度、精度、結果等：數據采集處理程序對采集到的數據進(jìn)行識別等處理；電機控制程序控制電機驅動(dòng)和饋紙等。

7結束語(yǔ)

本文介紹了一種基于TMS320F2812的光標閱讀機的設計方法。分析了該系統在設計過(guò)程中需要解決的一些技術(shù)問(wèn)題和難點(diǎn)，并對系統各部分功能的實(shí)現方法進(jìn)行詳細分析和介紹，本系統完成后可實(shí)現以下功能：40路高速數據采集；USBl.1接口；多個(gè)信息卡可連續采集等，具有良好的應用前景。