基于DSP的高速數據采集系統的研制

摘    要：本文介紹了基于數據采集系統的虛擬儀器設計。通過(guò)軟、硬件技術(shù)結合，實(shí)現了對多路模擬信號的采集處理，輸出多種波形，充分發(fā)揮了虛擬儀器的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；DSP； USB

引言
隨著(zhù)計算機技術(shù)的普及，運用高速數據處理的場(chǎng)合越來(lái)越多。例如，高速數字信號處理系統、高速圖象信息轉換、語(yǔ)音實(shí)時(shí)處理系統等。本文設計并實(shí)現了基于TMS320C32和USB芯片的一套高速、高精度數據采集分析系統。該系統的DSP負責數據的采集，數據通過(guò)USB口送到計算機顯示、計算。計算機應用程序便于實(shí)現豐富的圖形界面，具有良好的人機接口，是一套很實(shí)用的虛擬儀器系統。

系統的總體結構
虛擬儀器的硬件部分主要分為數據采集和波形發(fā)生器兩大部分。
數據采集系統由TMS320C32 微處理器芯片、USB芯片FX2、ADC芯片ADS8364、DAC芯片DAC7624/25、CPLD、FIFO存儲器及其外圍電路組成。原始信號通過(guò)處理變成A/D可以采樣的信號后送入DSP采集系統，DSP系統通過(guò)高速、高精度A/D轉換器ADS8364對輸入電壓信號進(jìn)行單通道或多通道的采樣，將16位采樣結果存儲在雙FIFO存儲器中。當其中一個(gè)FIFO存滿(mǎn)，USB系統將數據從該FIFO存儲器中讀出，由收發(fā)器通過(guò)數據線(xiàn)(D+、D-)送至主機，同時(shí)另一個(gè)FIFO開(kāi)始進(jìn)行存儲。本系統適用于多通道的高速采樣，采樣頻率可以預置，以適應不同頻率的輸入信號。
波形發(fā)生器：信號種類(lèi)包含正弦波、方波、鋸齒波、三角波。輸出幅值為-2.5V~＋2.5V。當輸出選定波形時(shí)，先利用USB口將數據從主機中送到雙FIFO進(jìn)行緩存，DSP進(jìn)行讀寫(xiě)控制，將數據寫(xiě)入D/A12位數據總線(xiàn)，通過(guò)D/A轉換輸出電壓， 經(jīng)電壓放大器進(jìn)行放大后，達到要求的幅值。輸出波形是通過(guò)改變每個(gè)周期輸出點(diǎn)的個(gè)數來(lái)改變波形的頻率的。通過(guò)改變D/A的輸出通道實(shí)現對不同設備進(jìn)行輸入。
USB與上位機接口：負責與上位機進(jìn)行通信。上位機通過(guò)USB接口將A/D采樣頻率及通道選擇的預置數據傳送到CPLD，利用CPLD實(shí)現對A/D采樣頻率和通道的改變。系統采集和處理后的數據通過(guò)USB接口送入上位機進(jìn)行顯示和分析。
使用CPLD和4046來(lái)實(shí)現A/D采樣頻率的改變，適用于不同頻率的信號。通過(guò)預置分頻器的數值，可方便地改變采樣頻率，適合于從幾十Hz到250kHz范圍的信號。采樣頻率可以靈活改變，同時(shí)也避免了高頻信號對整個(gè)系統的干擾。圖1是多通道高速數據采集系統的結構框圖。
 
系統的主要組成部分
ADC模塊
該模塊采用的是高速、低功耗、六通道同步采樣的16位ADC ADS8364，適用于噪聲比較大的環(huán)境。每個(gè)輸入端都有一個(gè)ADC保持信號，用來(lái)保證幾個(gè)通道能同時(shí)進(jìn)行采樣和轉換，可以對單極性或雙極性輸入電壓進(jìn)行A/D轉換。本文采用雙極性輸入方式，輸入電壓可以是