基于DSP的多通道高速数据采集系统_图文

1、基于DSP 的多通道高速数据采集系统Multi 2Channel High 2S peed Data C ollection System Based on DSP朱伟3陈曙ZH U Wei CHEN Shu摘要本文以TI 公司的T MS320LF2407为核心处理器,CP LD 为系统控制译码芯片提出了一种多通道高速A/D 数据采集系统,并介绍了基于本系统的对数据处理的一些软件和硬件的设计。关键词T MS320LF2407CP LD 多通道Abstract This article designs a multi 2channel high 2speed data collection sy

2、stem which is based on the chip T MS320LF2407and CP LD.It als o introduces the s oftware and hardware design of the system for data processing.K eyw ords DSP CP LD multi 2channel 3山东大学信息科学与工程学院250100引言在工业控制及各种信号处理系统中需要对数据进行采集处理,如故障检测系统、信息采集系统等等。而一些应用如电力系统的微机检测或其它数据巡检系统或一些低分辨率的识别系统等需要多通道的数据采集处理。本文基于T

3、I 公司的T MS320LF2407处理器设计了一种48路的高速数据采集系统。之所以应用LF2407是因为T MS320LF2407芯片是为了满足控制应用而设计的。通过把一个高性能的DSP 内核和微处理器的片内外设集成到一个芯片的方案,LF240x DSP成为传统的微控制单元(MC U 和昂贵的多片设计的一种廉价的替代产品。每秒3000万条指令(30MIPS 的处理速度,使LF240x DSP 控制器可以提供远远超过传统的16位微控制器和微处理器的功能。正因为如此,LF240x 获得了广泛的应用。由于LF2407的超强控制能力以及数据处理能力,而控制与数据采集通常是一个数据采集系统所必需的,所

4、以本系统采用T MS320LF2407。1T MS320LF2407的特点a.采用高性能静态C M OS 技术,使得供电电压降为3.3V ,减小了功耗。b.片内高达32K 字×16位的F LS AH ,544字双端口RAM (DARAM ,2K 字的单口RAM (SRAM 。c.两个事件管理模块E VA 和E VB 。d.可扩展外部存储器,总共有192K 字×16位的空间,分别为64K 字程序存储器空间、64K 字的数据存储空间和64K 字的I/O 空间。e.看门狗(W D 定时器模块。f.串行通信接口(SCI 模块。2系统介绍系统提供了48路的模拟输入通道,模拟量通过低通

5、滤波之后进入开关选择器,然后进入A/D 转换芯片。对选择器的开关选择、A/D 转换器的控制读取、数据的存储由DSP 来控制。采集完数据后会产生一个中断给DSP ,由DSP 来进行数据的处理。至于采集多少数据产生一次中断由具体的应用来决定,本系统为了对数据及时处理,每采集完48路数据就产生一次中断。系统的工作原理框图如图1。图1如框图所示,系统中有六个八选一的选择器来控制48路的模拟通道输入。CP LD 控制选择器的选择开关。选择器的输出结果进入A/D 转换芯片。A/D 转换芯片为8位输出,其输出结果存储在SRAM 存储器上。选择器的开关选择、A/D 转换的读取存储由CP LD 来进行控制,不需

6、要DSP 的干预。因为DSP 是16位的数据输出,我们对DSP 进行了外部存储器扩展,用两片IS61C1024组成128K 16位的存储空间。因为A/D 转换芯片是8位的输出,其输出与外部数据总线的低8位相连,即只与一个IS61C1024的数据输出总线相连。3系统硬件设计3.1系统所用器件a.C D4051是8通道模拟多路选择器。有三个输入引脚A 、B 、C ,通过A 、B 、C 的值来确定哪一路为输出。其8路输入的输入电压范围为0V 22V DD 。V DD 为工作电源电压,范围为+522+15V 。b.T LC5510A 为C M OS ,8位,20MSPS 的模数转换器。T LC5510

7、A 为单电源5V 供电,典型功耗为130mW 。里面有一个采样保持电路,具有内部参考电阻。两个参考电压输入引脚REF B ,REFT 。REF B 为参考电压低端输入,REFT 为参考电压高端输入。其推荐工作环境为:工作电压V DDA ,V DDA 为4.75V 25.25V 。模拟输入电压范围为:V REF B 22V REFT 。以4V 范围的模拟输入为例,其外部接线如图2所示: 图2其工作时序图如图3所示:由时序图可见其有效数据的输出时刻比采样点时刻延时2.5个时钟周期。c.IS61C1024。IS61C1024是128K ×8bit 高速C M OS 静态RAM 。它的存取周

8、期为12ns ,15ns ,20ns ,25ns 。一般工作功耗为500mW 。完全静态操作,没有时钟或刷新要求。TT L 电平输入与输出。d.CP LD 。采用A LTRA 公司的M AX 7000系列。3.2硬件电路设计描述CP LD 与SRAM 的部分电路连接原理图如图4所示。系统共有6个C D4051通道选择器,6个T LC5510A 模数转换芯片,两片IS61C1024。C D4051的通道选择开关A 、B 、C 与CP LD 相连,由CP LD控制输入。每一个C D4051的输出与一个T LC5510A 的模拟输入相连。T LC5510A 的输出为8位数据,其数据输出与DSP 数据

9、总线的低八位D 02D 7相连。同时也与CP LD 的8位I/O 相连。CP LD 要产生对外部数据存储器的地址信号,产生对外部数据存储器的写操作时序。两片IS61C1024共同组成128K ×16bit 的DSP 外扩存储空间。由于T MS320LF2407对外只能寻址32K 的空间,所以我们要想充分利用这128K 的空间就必须通过外部电路进行分页存储管理。其中两片IS61C1024的高位地址引脚与CP LD 的两个I/O 口34、33引脚相连。通过对34、33引脚的4种编码输出,可以将外部存储空间分为4个32K 的存储空间。U1单元的CE2引脚由CP LD 的35引脚(RAMCS

10、 来控制,因为U1单元的数据输出与DSP 数据总线的低8位相连,会有总线竞争。U2单元的CE2直接连接在DSP 芯片的A 15地址线上,只要A 15出现高电平即说明DSP 要外部寻址,而DSP 的高8位数据线只与U2相连,不存在总线竞争。由于本系统6个模数转换器的8位输出也都连在DSP 的低八位数据总线上,因此在CP LD 读取模数转换输出结果时要注意总线的控制,当读取其中一个A/D 转换器的结果时,其余五个A/D 转换器的引脚要为低电平,使其输出为高阻状态。 图33.3CP LD 的地址译码输出设计对CP LD 的设计使用VH D L 语言在M AXP LUXII 环境下编写仿真。系统每采集

11、一次48路数据就向DSP 发送中断,然后进行数据的处理。所以我们使用256个字节的地址空间作为CP LD 采集数据的存放空间,其地址空间为:0x800020x80ff 。0x810020x ffff 的地址空间用来当作一般的存储空间。CP LD 对SRAM 存储只控制A02A14地址线,其地址译码代码如下:E NTITY coding IS PORT (ci :I N std -logic ;clk :I N std -logic ;reset :I N std -logic ;addbus :bu ffer std -logic -vector (14DOW N T O 0;E ND cod

12、ing ;ARCHITECT URE behavior OF coding IS BEGI NPROCESS (clk ,reset BEGI NIF (reset =0THE N addbus <=“00000000000000”E LSEIF (rising -edge (clk THE NIF (ci =1THE N IF (addbus =“00000011111111”THE N addbus <=“00000000000000”;E LSEaddbus <=addbus +1;E ND IF ;E ND IF ;E ND IF ;E ND IF E ND PROC

13、ESS;E ND behavior; 图43.4CP LD 数据采集流程在CP LD 控制数据采集的时候,DSP 不能对外部进行数据的读取,此时DSP 的程序运行只能对DSP 的内部SRAM 寻址,这点在软件设计时要注意。CP LD 内部要建立一个8位寄存器,DSP 通过对这个8位寄存器的不同的写操作来触发DSP 执行不同的操作。DSP 对CP LD 的寻址也是通过对外部存储器寻址来实现的。本系统中命名CP LD 的内部命令接受寄存器为CP LDREG,其地址设定为0x8100。因此DSP 可通过对外部地址0x8100的写操作来触发CP LD 执行命令。我们规定向0x8100地址写入0x00a

14、a 为开始数据采集命令,其CP LD 工作流程如图5。4系统软件设计DSP 上层软件的设计首先要注意的是对存储空间的分配。T MS320LF2407对外部寻址空间为0x800020x ffff 共32K 的空间,内部有2K 的SRAM 空间。在本系统中0x800020x80ff 空间为CP LD 存储数据所用,0x8100地址为CP LD 寄存器地址所用。所以上层软件的存储空间分配文件可参考如下:ME M ORY PAGE 0:VEC :origin =0x0,length =0x40EX -P M :origin =0x1000,length =0x7000PAGE 1:REG:origin

15、 =0x0,length =0x60DARAM -B2:origin =0x0060,length =0x20DARAM -B0:origin =0x0200,length =0x100DARAM -B1:origin =0x0300,length =0x100S ARAM :origin =0x0800,length =0x800CP LD :origin =0x8000,length =0x100EX -DM :origin =0x8101,length =0x7eff SECTI ONS vectors :>VEC PAGE 0.text :>EX -P M PAGE 0.b

16、ss :>EX -DM PAGE 1.cinit :>EX -P M PAGE 0.switch :>EX -P M PAGE 0.const :>EX -DM PAGE 1.stack :>EX -DM PAGE 1.sysmen :>EX -DM PAGE 1 图5空间0x800020x8100不要分配给其他任何段。对0x800020x8100段内的数据可利用指针来获取。CP LD 采集完数据后对DSP 的XI NT 1引脚产生一个有效的脉冲,令DSP 触发中断。其中断向量表代码如下:.sect “.vectors ”reset :b -c -int0x

17、int1:b -dataprocess int2:b -nothing int3:b -nothing int4:b -nothing int5:b -nothing int6:b -nothing 在程序中要定义一个指向0x8000地址的指针:unsigned int 3ptr =(unsigned int 30x8000;中断服务程序可参考如下:v oid dataprocess (unsigned int 3ptr int i =0;for (i =0;i <48;i +./3对3ptr 进行处理3/ptr +;总结:本系统可扩展性强,通道数量可根据实际情况来决定,而且系统具备外部存储扩展功能可适合大容量数据的采集,在现实应用中具有很好的参考使用价值。参考文献:业出版社科技大学出版社作者简介陈曙,山东大学信息科学与工程学院副教授。朱伟,山东大学信息科学与工程学院研究生。(收稿日期:2005207228(上接第103页d.断电保护。堆垛机必须实时对货单的执行情况进行记录,在断电恢复后能将已执行的货单和未执行货单在触摸屏上显示,并传送给监控机。e.货箱保护。安装货物探测器,货位点有货