基于DSP的數據采集系統開(kāi)發(fā)與實(shí)現
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現代工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)規模不斷擴大，朝著(zhù)大型化、高速化、自動(dòng)化和連續化的方向發(fā)展。因此對機械設備性能的要求也越來(lái)越高。很多大型石油、化工、石化、電力、鋼鐵等部門(mén)都采用了單機、滿(mǎn)負荷、連續性的生產(chǎn)操作方式，其中的大型旋轉機械就成為了現代化大規模生產(chǎn)中的關(guān)鍵設備。一旦出現停機故障，將導致全廠(chǎng)的停產(chǎn)，其經(jīng)濟損失是十分巨大的。同時(shí)還有可能招致重大的傷亡事故。由此，大型旋轉機械的在線(xiàn)狀態(tài)監測和故障診斷技術(shù)便應運而生。而如何獲得大量而廣泛的狀態(tài)量(振動(dòng)、力、位移、噪聲、溫度、壓力和流量等)是其中的關(guān)鍵。本文介紹的基于TMS320F2812的多功能同步數據采集卡，利用卡上的DSP控制芯片不僅可以實(shí)現多種數據的采集，還可以對所采集的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號處理，大大地提升了整個(gè)系統的性能。
1 TMS320F2812體系結構
TMS320F2812是TMS320C28X系列芯片中性能最好的一種，最高頻率為150MHz，處理速度可達150MIPS，指令周期為6．67ns。
同TMS320C2000TM平臺中前代產(chǎn)品相比，F2812的程序總線(xiàn)包括22位的地址總線(xiàn)和32位的數據總線(xiàn)，數據總線(xiàn)包括32位的地址總線(xiàn)和32位的數據總線(xiàn)。較之C24X／C240X的16位地址總線(xiàn)，F2812大幅提高了可尋址范圍。同時(shí)，32位的數據總線(xiàn)可以實(shí)現單周期的32位指令。其片內的32×32位MAC具有處理64位數的能力，可用于處理高精度的數字運算，完全可以替代其它更貴的浮點(diǎn)數處理器。在振動(dòng)信號的頻譜分析中，這種優(yōu)勢就更為明顯了。在中斷響應方面，F2812自動(dòng)保存上下文的功能加快了中斷響應速度，用戶(hù)可以在更短的時(shí)限內完成更多的異步事件，這在多路信號采集系統中大幅提高了系統的實(shí)時(shí)性。
在外設方面，F2812也有不少新特點(diǎn)。除了保留前代產(chǎn)品的4個(gè)16位通用定時(shí)器以外，F2812又增加了3個(gè)32位的定時(shí)器?？筛奖愕貙?shí)現大范圍轉軸轉速信號的采集，以及提供更為靈活的數據采樣模式。F2812內部擁一個(gè)12位的增強型A／D轉換器，其A／D轉換速率高達80ns。而其中的兩個(gè)獨立的8路模擬開(kāi)關(guān)給用戶(hù)提供了同時(shí)采集不同種類(lèi)信號的實(shí)現方法。在片內存儲器方面，F2812包括128K字的FLASHMEMORY、1K字的0TPMEMORY和18K字的片上RAM和4K字的BOOT ROM。豐富的片上存儲資源可滿(mǎn)足用戶(hù)處理大量數據的需求。在安全方面，F2812采用128位的密碼來(lái)保護用戶(hù)的程序。
2 數據采集卡的硬件實(shí)現
數據采集卡的硬件實(shí)現利用F2182的眾多新特性，數據采集卡可以處理：16路異步或同步模擬信號、16路數字信號、6路轉速信號。采用PCI接口與上位機相連。其系統結構如圖1所示。
2．1 轉速信號采集的實(shí)現
根據工業(yè)現場(chǎng)中旋轉機械的實(shí)際情況，數據采集卡采集的轉速范圍一般為30～18000r／min(周期范圍為33ms～2s)。如此大的轉速范圍對定時(shí)器的計數脈沖和計數位數都提出了要求。若定時(shí)器計數脈沖過(guò)大，則分辨率降低；但是如果計數脈沖太小，則需要計數器的位數足夠大。
C2000TM系列的前代產(chǎn)品內置16位定時(shí)器很難滿(mǎn)足要求，一般常用多個(gè)定時(shí)器級連來(lái)達到要求，而F2812新增的3個(gè)32位定時(shí)器則彌補了前系列DSP產(chǎn)品的不足。
F2812的事件管理模塊EV共有6個(gè)捕獲單元，每個(gè)單元的施密特觸發(fā)器可以捕獲到相關(guān)引腳的跳變?？杀O測的跳變可以是上升沿、下降沿或者兩者都監測。利用捕獲單元的中斷功能和定時(shí)器就可以很容易地實(shí)現對轉速周期的測量，并且為轉軸的振動(dòng)測試提供采樣的基頻。其測量流程如圖2。
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