基于DSP高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、 工業(yè)控制計算機 2011年第 24卷第 1期TI 公司推出的 TMS320F2812處理器具有較高的信號處理 和控制功能 , 在數(shù)字處理領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景 。 由于 USB 總 線接口具有安裝方便 , 數(shù)據(jù)傳輸速度快等特點 , 本文設(shè)計了以 USB 和 DSP 為一體的多通道高速數(shù)據(jù)實時采集與處理系統(tǒng) 。 上 位 機 軟 件 是 由 Borland 公 司 的 可 視 化 編 程 環(huán) 境 Delphi 來 設(shè) 計 完成人機交互界面 , 主要負責對采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行收集 、 顯 示 、 處理和保存 。1系統(tǒng)硬件設(shè)計該 高 速 數(shù) 據(jù) 采 集處 理 系 統(tǒng) 主 要 包 括 高速 ADC 、 微

2、控制器 、 DA轉(zhuǎn) 換 器 、 調(diào) 理 電 路 、CPLD 時 序 控 制 電 路 、USB 通訊接口等 , 硬件部 分 結(jié) 構(gòu) 框 圖 如 圖 1所示 。1.1AD 數(shù)據(jù)采集在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 , 由于 A /D 芯片只能接收一定范圍 的模擬信號 , 而傳感器輸出的信號未必能滿足 , 因此傳感器輸出 信號須經(jīng)濾波 , 信號放大等調(diào)理電路 。 本設(shè)計采用 AD 公司生產(chǎn) 的放大器 AD620做系統(tǒng)的前置放大器 。 其具有成本低 、 精度高 、 低噪音 、 工作頻帶寬 、 使用簡單等特點 。調(diào)理后的信號經(jīng)多路模擬開關(guān)控制選擇一路 送 入 A /D 芯 片進行 A /D 轉(zhuǎn)換 。 本文選用 AD

3、 公司生產(chǎn)的高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 芯片 AD976A , 采樣速率可達 100ksps , 精度高 , 可實現(xiàn) 16位并 行數(shù)字輸出 。 AD 采集到的數(shù)據(jù)存入 FIFO , 采集完成后 , CPU 再 通過數(shù)據(jù)總線從 FIFO 中讀取 。 FIFO 芯片選用的是 Cypress 公 司的 CY7C421-25PC , 芯片容量可達 512×9bit。 采用雙 FIFO 方式 , 消除傳輸速率和采樣速率不匹配的問題 。 AD 采集部分框 圖如圖 2所示 。TMS320F2812芯片運算精度高 和 處 理 能 力強 , 為 CPLD 提 供 時 鐘頻 率 。 可 編 程 器 件(CPLD

4、本 設(shè) 計 選 用 Lattice 公司生產(chǎn)的 ispLSI 1032E , 可在系統(tǒng)可編程 , 做為 DSP 的外設(shè) , 主要負責對 A /D 、 D /A 、 多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)等模塊的時 序控制 。調(diào)理電路模擬輸入信號需要調(diào)零 , 模擬信號通過控制 I /O 高 低電平輸入 , 當模擬信號輸入為零時 , 通過 DA 輸出對信號進行 調(diào)理 , 調(diào)整 DA 模塊轉(zhuǎn)換量的偏置 , 以達到調(diào)理電路輸出為零 。 本 設(shè)計選擇了模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 DAC7625, 它是 BURR-BROWN 公司 生產(chǎn)的一種低功耗 12位并行輸入 , 4路模擬輸出 。1.2USB 接口電路數(shù) 字 信 號 在 被 TMS32

5、0F2812讀 取 并 存 儲 后 , 通 過 USB100將數(shù)字信號傳輸?shù)?PC 機中 , 然后在 PC 機中對信號進 一步處理 。本 設(shè) 計 選 用 了 迅 通 科 技 生 產(chǎn) 的 通 用 串 行 總 線 模 塊 USB100, 它是 一 種 基 于 ASIC 設(shè) 計 的 USB 接 口 電 路 , 模 塊 內(nèi) 部封裝了復(fù)雜的 USB 協(xié)議和細節(jié) , 主 要 特 征 如 下 :超 小 體 積 ; 標準 DIP28封裝 , 即插即用 ; 完全滿足 USB1.1標準 ; 8位數(shù)據(jù) 總線接口 , 接口操作方便 ,無需任何外接元件 ; 數(shù)據(jù)通 信 速 率 最 高 可 達8Mbit /s 。 只 要

6、 熟 悉 DSP和 PC 應(yīng)用程序的基本知識 , 就可以開發(fā) USB 接口和數(shù)據(jù)采集等產(chǎn)品 。 DSP與 USB 連接如圖 3所示 。2系統(tǒng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計包括下位機硬件調(diào)試程序和上位機人機交互 界面的設(shè)計 。2.1下位機軟件設(shè)計下位機硬件調(diào)試在 ccs2000環(huán)境中完成 。 首先初始化程序 , 然后設(shè)置定時器 , 控制 A /D 轉(zhuǎn)換采集 , A /D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后數(shù)據(jù)被存 入 FIFO 中 , CPU 可按需要隨時讀取 。 USB 接收程序?qū)⒖刂破鳟?前時刻的所有信號的數(shù)據(jù)傳送給上位機 , 供上位機顯示和保存用 。 2.2上位機軟件設(shè)計本文提出了基于 Delphi7的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

7、, 采用 Del-phi 為編程軟件完成了上位機人機交互界面的設(shè)計 。 上位機軟件基于 DSP 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)劉士影 吳學杰 胡志群 (西南交通大學牽引動力國家重點實驗室 , 四川 成都 610031 High-speed Data Acquisition System Based on DSP摘 要設(shè)計了一個基于 DSP 的高速多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) , 介紹了整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計方案 。 該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)支持 USB 協(xié) 議 , 采樣速率高 , 數(shù)據(jù)處理能力強 。 在 Delphi 開發(fā)環(huán)境下編寫的人機界面軟件具有收集 、 顯示 、 保存及相關(guān)分析等功能 。 關(guān)鍵詞 :高速數(shù)據(jù)采集 , DSP

8、 , USB , DelphiAbstractThis paper introduces a high-speed data acquisition system based on DSP,mainly Introduces the system's hardware circuit.The data acquisition system supports the USB protocol,has a high Sampling rate and good data processing ability.In-terface system is compiled in Delphi d

9、evelopment environment,and it has ability to acquisition,display,preservation and analy-sis the receiving data.Keywords :high-speed data acquisition,DSP,USB,Delphi圖 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 圖 2AD 采集框圖 圖 3DSP 與 USB100 硬件連接圖 65基于 DSP 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要負責對采集數(shù)據(jù)進行接收 、 顯示 、 處理 、 保存等工作 。 整個人機交互界面設(shè)計應(yīng)用 程序窗體為 MDI (Multiple Docc-um

10、ent Interface 窗體 , 可以在程序中開發(fā)多個文檔 , 文檔間切換 比較靈活 , 用戶可以在同一工作 區(qū)域內(nèi)對多個文檔進行觀察和交換數(shù)據(jù) 。 本設(shè)計窗體如圖 4所示 , 為整個軟件的主窗體 。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要負責與下位機通信 , 接受 USB 模塊發(fā)送 過來的測試數(shù)據(jù) , 同時向 USB 模塊發(fā)送數(shù)據(jù) , 以達到控制的目的 。在 Delphi 中 , 實 現(xiàn) 串 口 通 信 的 方 法 是 利 用 第 三 方 控 件COMPORT , 具有傳輸速度快 , 使用靈活方便等特點 , 能 滿 足 復(fù)雜情況下的通信要求 。通信設(shè)置部分主要是對 USB100的工作狀態(tài)進行控制 , 包 含打開

11、串口 , 串口工作 , 以及狀態(tài)顯示燈 。 發(fā)送部分主要實現(xiàn)后向通道 D /A 轉(zhuǎn)換 , 向下位機發(fā)送相關(guān) 通道放大系統(tǒng)的調(diào)零數(shù)據(jù) , 對 32個通道進行零點控制 。接收部分主要實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的采集 , 將 USB 發(fā)送來的數(shù) 據(jù)進行分析換算 , 以文本形式存儲數(shù)據(jù)到當?shù)赜嬎銠C , 以便數(shù)據(jù) 處理 。 USB 采集界面如圖 5所示 。 圖 5USB-串口采集界面 通用顯示包括兩部分 :示波器 、 柱狀圖 +數(shù)字顯示 。示波器編程比較復(fù)雜 , 主要有以下問題 :其顯示的波形屬于 動態(tài)的 , 所以在整體畫圖中涉及了重繪的問題 ; 測試數(shù)據(jù)在軟件 中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲方式 ; 如何實現(xiàn)具有相同表現(xiàn)方式的多

12、條波形 同時顯示 。首先討論重繪問題 , 在繪制圖形時 , 要實現(xiàn)動態(tài)波形的移 動 , 就必須每次刷新屏幕 , 使波形向后推動 , 這樣在擦寫過程中 圖像顏色就產(chǎn)生了很大的反差 , 造成了整個屏幕的閃爍 。 采用雙 緩沖技術(shù)可以解決這個問題 。 Delphi 環(huán)境下支持雙緩沖技術(shù) , 其 實例代碼如下 :/處理 PaintBox1的設(shè)備上下文及創(chuàng)建位圖oldbitmap:=selectobject(memdc,membitmap;/選用黑色畫刷填充整個區(qū)域 , 添加新畫筆到設(shè)備 hbr:=GetStockObject(BLACK_BRUSH;fillrect (memdc,rect(Paint

13、Box1.Left,PaintBox1.Top,PaintBox1.Width, PaintBox1.Height,hbr;pen:=createpen(PS_SOLID,1,clri;oldpen:=selectobject(memdc,pen;/相應(yīng)的繪圖程序. /復(fù)制內(nèi)存位圖 , 刪除句柄完成繪畫selectobject(memdc,oldpen;deleteobject(pen;bitbltHeight,memdc,0,0,SRCCOPY;selectobject (memdc,oldbitmap;deletedc(memdc;deleteobject(membitmap;數(shù)據(jù)的存儲結(jié)

14、構(gòu)常用的有數(shù)組 、 棧 、 隊列 、 鏈表 、 樹等 。 因鏈 表的插入和刪除靈活方便 , 不需要大量移動數(shù)據(jù) , 且在程序運行 期間動態(tài)分配內(nèi)存 , 屬于動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) , 所以本設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使 用了單向鏈表 。示波器能夠同時顯示多條波形數(shù)據(jù) , 用戶可以控制每條波 形的數(shù)據(jù)顯示方式 。 對于具有相同表現(xiàn)方式的波形如何簡化編 程 , 這里我們可以用類來完成 。 波形顯示如圖 6所示 , 顯示控件 可以實現(xiàn)波形的擴大 、 縮小 、 靜止以及參數(shù)調(diào)整等功能 。圖 6示波器波形顯示另外數(shù)據(jù)也可以通過柱狀圖和數(shù)字來表示 。 此顯示控件能 夠?qū)崟r顯示多個通道的不同數(shù)據(jù)類型電平值 。 如圖 7所示 。圖 7柱狀圖 +數(shù)字顯示信號調(diào)理器主要是用來實現(xiàn)信號調(diào)理功能 , 可以對每個通 道信號實現(xiàn)增益放大 、 偏置電壓調(diào)零 、 清零 、 設(shè)置上限頻率 、 供給 傳感器激勵源等功能 。3結(jié)束語本 高 速 數(shù) 據(jù) 采 集 系 統(tǒng) 將 TMS320F2812與 USB100相 結(jié)合 , 具有傳輸速度快 、 處理數(shù)據(jù)能力強的特點 。 此外 , 利