基于DSP的數據采集系統的設計與研究

陳秀明

青海大學，青海西寧 810016

對于實時數據的采集系統則是作為測量當中不可缺少的一部分組成。一般在對硬件供電電壓等方面的信號進行監測、采集雷達信號等方面，都是需要對連續變化的高速模擬信號做同步的數據采集以及對外部設備的數字量進行異步通信。所以，只有滿足對數據的高速以及高精度的采集，才能確保數據具有一定的有效性以及完整性。

1 DSP的特點

1）如果選用以DSP芯片作為主要處理單元的，則可以從該系統的結構方案出發，在滿足信息處理的大量數據要求以外，還必須要實現鍵盤控制以及顯示液晶等方面的主要功能。在應用DSP數據采集的加工控機方案，主要是考慮由于實際系統可能處理的信息會較多，并且工作量會較大，把所有的任務在不影響其速度的情況下都通過DSP進行完成，會存在一定的難度。但是PMU則它的成本會較低，同時它的優勢就是要對外部的設備進行控制，然而PMU數字信號處理的能力卻較差，同DSP可以進行互補。在很多任務當中，對于鍵盤控制以及液晶顯示等一些方面簡單的處理環節都可以通過工控機進行完成，從而在單片機的控制方面也利用了其長處，促使DSP的各種算法可以通過數字信號進行處理，同時也滿足了處理的要求；

2）在對交流電量進行同步采集時，要求全部的測量數據必須要對應一個時標，所以，要求系統就應具有同步的一個高精度時鐘。而出現的GPS全球定位系統卻解決了這個問題?？梢詰肎PS接收板進行發出信息再與同步的時間秒脈沖，并且可以在測量系統當中建立一個測量的實時時鐘，再通過串口時間建立一個可以測量系統年份、月份以及具體的時間，再通過同步的秒脈沖以及計數器從而建立一個可以測量系統的微秒級的時鐘，并在任意時刻都可以讀出精度的時間。同時在采樣的過程當中，也可以獲得采樣點的數值，并且通過DSP對其采樣點做好時間標簽，從而實現具有連續性的采樣波形；

3）如果要實現在寬頻域范圍當中的實時測量、高頻以及信號的精確度，就必須要求其分辨率與采樣率相對較高，而實時信號的處理流程也應具備一定大流量的采樣數據和快速的處理運算功能。在信號處理方面，由于DSP的內核結構以及在指令系統上都必須要提供一個速度極快的不同層次、不同類型以及不同定制的處理支持，而在運算機制上以及內部資源上都必須要非常豐富。但是，因為DSP的運算處理會需要周期的運轉，并且在處理數據的同時，還有數據上傳與控制等方面的操作都會占用一些外部的資源。

2 對于硬件的選用

1）在系統當中，DSP所應用的是F2812，這是性價比相對較高的一種芯片，它的運行速度較快、存儲的空間較大、集成度高、存儲空間大以及具有高精度的轉換特點等；

2）對于工控機在數據處理方面的速率應比數據采集的速率要高一些，否則就會導致數據出現丟失等方面的問題；

3）在選擇CPLD時，對于所選用的編程邏輯器件，其資源量必須要滿足系統的具體要求，這也是作為重要的考慮依據。而在進行實際的凋試以前卻很難確定DSP芯片的資源以及耗費量。所以對于在選型CPLD的器件時必須要先應用軟件做大概的估算，主要是估算其所需要的資源量，并選用一個具有冗余的器件，以達到系統設計的具體要求。此外，在系統設計結束以后必須也應考慮到可能會增加一些新功能，或者硬件存在升級要求的可能性等。

3 該系統的硬件設計

1）由于在輸入模擬信號時則可以應用通過單端進行輸入一差分的輸出方式，也可以應用差分輸入一差分的輸出方式。在六個模擬的輸入通道當中則可以分為三對，而對于每個轉換器都會具有三對的輸入端，并且可以進行同時的轉換和采樣，所以就可以對兩個模擬的輸入信號保持一個相對相位的信息。而每對通道也都會具有單個的保持信號，而通過這三個信號便可以同時保持六個的輸入信號，其所轉換的數據則會分別的放到這六個存儲器當中；

2）可應用CPLD的控制對ROM雙口進行讀寫數據。應先寫低地址段，在完成以后再輸入FLAG2腳，如果是1時，則可以將LFAG0的輸出相反的方向。而如果FLAG2是作為高電平，便可以在高端地址段當中輸入采集數據，如果出現查詢繼續等待時，則直到為真為止。而此時，在FPGA在另一端在向硬盤當中做完數據的處理后，則必須要查詢低端地址段在讀取完以后是否可以進行繼續讀取，而在高位地址段進行讀取完之后，所查詢的低位地址是會不會由FPGA讀取。這種方法的實施具有很高的數據價值，并且也很方便。

4 該系統的軟件設計

1）該系統的軟件一般是完成了對于A/D控制轉換的過程，并通過DSP進行讀取轉換的結果。如果結束了該系統的初始化工作，便開始對AID的轉化部分進行運行。當轉換器進行新的一次轉換時，其BUSY腳會變成低電平，同時在轉換期間也會持續保持在低電平的狀態，一般完成轉換一次則需要至少大概16個時鐘；

2）由于DSP主要是針對數據做采集的一個單元，所以應把這個單元通過A/D可以轉化過來，并對數據進行采集，再對FLAG引腳的初始化方向，再把所采集的數據輸入進雙ROM里，并根據FLAG方向從而對工控機控制讀取數據；

3）由于工控機是數據的一個處理單元，所以在通過雙口ROM所讀取的數據做處理時，應計算電能質量的參數，這主要包括在電壓的偏差、電壓的有效值、頻率、功率和因數的幅值、諧波的含有率、不平衡度等方面的計算參數。

5 結論

總之，對于數字信號數據的采集，主要是通過設計以高性能的芯片作為基礎，從而構成了以高速運行數據的采集系統。此外，也針對DSP內置的串行通信接口和芯片所組成的數據采集系統，對于其中應注意的設計問題從而進一步的加以說明，通過試驗表明在其這套系統當中，由于數據采集的速度較快、精準度較高，所以可以達到應用的具體要求，也可以廣泛推廣。

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