基于TMS320C6711的線(xiàn)陣CCD采集與處理系統
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關(guān)鍵詞：TMS320C6711 CCD 89C52 數據采集 數據處理
引言
TMS320C6711是TI公司推出的DSP芯片。其數據處理功能非常強大，時(shí)鐘速度可大100M（或者150M），但是其I/O功能要求有限。因此，采用MCU（89C52）作為人機接口，構成雙CPU（MCU和DSP）系統。
1 系統構成
本文所介紹的CCD采集系統是在32位浮點(diǎn)DSP（TMS320C6711）上實(shí)現的。如圖1所示：?jiǎn)纹瑱C89C52負責接受鍵盤(pán)輸入，并在液晶顯示器上顯示處理的結果信息；CCD在光點(diǎn)轉換后的數據通過(guò)A/D轉換器后在異步FIFO中緩存；DSP是系統的信息處理中心，它讀取FIFO中的數據后經(jīng)過(guò)處理，將結果傳給89C52，由液晶顯示器顯示信息。
DSP（TMS320C6711）是整個(gè)硬件系統的信號處理中心。它接受CCD傳來(lái)的采集信號，加以處理并將結果傳給單片機。DSP還完成對Flash和SDRAM的控制。
MCU（89C52）主要充當人機界面的角色，接受外部鍵盤(pán)的輸入，將DSP傳輸未來(lái)的結果用數據和圖文的形式在液晶顯示器上顯示出來(lái)。
*8KB的可編程Flash Memory；
*可以寫(xiě)/擦1000次以上；
*內置2568位RAM；
*32個(gè)可編程I/O口。
圖3 信號雙向緩沖器隔離圖
CCD（TCD132D）是一種新型的固體成像器件。特別適合各種精密圖像傳感和無(wú)接觸工件尺寸的在線(xiàn)測量。TCD132D是具有1024個(gè)像素的二相線(xiàn)性CCD。
IDT7204是4K9位的異步FIFO，讀寫(xiě)操作會(huì )自動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)存儲器中連續的存儲單元。從FIFO中讀出的數據和寫(xiě)入的順序相同，地址的順序在內部已經(jīng)預先定義好。芯片對讀寫(xiě)指針提供復位功能，使內部讀寫(xiě)指針同時(shí)設置到初始位置。另外，它還可以對已經(jīng)讀出的數據通過(guò)將讀指針重新設置到初始位置而實(shí)現數據的重新讀取。該器件用9位數據寬度，第9位可以根據用戶(hù)需要作控制位或者校驗位。IDT7204的存取速率可達12ns。
2 系統內關(guān)鍵電路的設計和主要芯片的互連互控
2.1 CCD以及A/D模塊
采用TCD132D線(xiàn)性CCD，光電轉換后用三極管放大，如圖2所示。三極管放大后用LF357進(jìn)行濾波處理，然后再送A/D模塊濾波、轉換。A/D轉換使用AD7821，采用READ方式讀取數據。
2.2 DSP與SDRAM、FIF0的互連和信號完整性設計
由于TMS320C6711的時(shí)鐘頻率在100MHz以上，時(shí)鐘沿時(shí)間為10ns或者以下，系統構成中除有DSP芯片本身外，還有SDRAM、Flash、FIFO等。故必須對系統進(jìn)行分割，主要目的是保護高速部分，即SDRAM部分。
為了保護高速信號部分，同時(shí)為了防止DSP外設驅動(dòng)能力的不足，用74LVT162245雙向緩沖器實(shí)現Flash和異步FIFO數據線(xiàn)的職責離。
FIFO芯片IDT7204與DSP連接中圖5所示。FIFO是異步器件，所以放到CE1空間上。FIFO的讀信號由XARE#、XCE1#、XA20、XA21控制。當AD7821信號轉換害完成后， 由DB_INT向WE#寫(xiě)信號線(xiàn)開(kāi)始寫(xiě)入FIFO；而當FIFO半滿(mǎn)后，由HF#向DSP的X_INT4請求寫(xiě)入DSP。
2.3 DSP與MCU的互連
由于DSP的McBSP接口和MCU（89C52）的UART接口并不一致，所以不能直接把McBSP當作標準的UART來(lái)應用。McBSP和UART連接有兩種方式：一種是Serial Port方式，硬件連接如圖6所示；另一種是將McBSP設置成GPIO方式，其硬件連接如圖7所示。
3 系統在生物醫學(xué)工程中的應用舉例
利用靜止懸浮式（非流式）激光散射法血細胞分類(lèi)計數測定法對血細胞分類(lèi)計數，不需要固定和染色樣品，不需要導電介質(zhì)，更不需要昂貴的流式裝置，可以方便、快捷地對血細胞分類(lèi)計數。這不但大大降低了儀器造價(jià)，滿(mǎn)足于血液常規的檢驗，而且還可以針對病人的不同要求分別檢驗，減輕病人負擔。
3.2 軟件及其優(yōu)化
本系統的軟件分為兩部分：一是以單片機為核心的系統控制程序，主要是人機接口程序；二是以DSP為核心的數據處理程序。下面就分別對這兩部分進(jìn)行詳細的闡述。
（1）以單片機為核心的系統控制程序
單片機作為系統的控制核心負責液晶的顯示、鍵盤(pán)的掃描及系統的啟動(dòng)和停止。圖8是這部分的程序流程圖。
DSP子系統接受單片機傳遞的操作指令和參數，啟動(dòng)CCD工作，然后，通過(guò)QDMA方式從FIFO（數據緩沖作用）里面讀取光強數據，調用NNLS算法計算血細胞的尺寸分布。最后，把結果傳遞給單片機。
圖9是這部分程序的流程圖。程序采用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編寫(xiě)。C語(yǔ)言構成程序的主框架。
程序的優(yōu)化包數據預處理和采用浮點(diǎn)運算器TMS320C6711的各種優(yōu)化方法進(jìn)行數據處理。
由于測得的散射光強分布信息的數字化信號往往帶有電路噪聲和隨機誤差，影響到測量的精度。為使這些數據能更好地反映實(shí)際情況，通常要對它們進(jìn)行一定的預處理，這樣才能作為數據處理軟件進(jìn)一步計算的原始數據。我們采集50組光學(xué)數據進(jìn)行平均，來(lái)減小相對誤差。由于CCD光學(xué)探測器的各像元具有空間等間隔特點(diǎn)，故采用五點(diǎn)三次平滑濾波獲取血液樣品的徑向散射光強。
4 結論
線(xiàn)陣CCD采集和處理系統采用DSP（TMS320C6711）和MCU（89C52）的雙CPU處理系統。將DSP的數據處理速度快和MCU的I/O控制能力強的優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái)，外加高速AD轉化器、異步FIFO，構成了功能強大、計算速度快的光電采集處理系統。該系統在工業(yè)信號采集處理、醫學(xué)信號采集處理等領(lǐng)域都有很廣的應用前景。
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