基于DSP的高速多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

楊旭

遼寧錦州渤海大學(xué)

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基于DSP的高速多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

楊旭

遼寧錦州渤海大學(xué)

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集在很多領(lǐng)域中都有著重大的作用。在控制系統(tǒng)中經(jīng)常會用到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從而來獲得有用的技術(shù)指標(biāo)。由于一些領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)采集的速度，精確度以同步性提出了更高層次的需求，所以為了滿足這些需求，本論文中采用的是基于DSP技術(shù)，以A/D為采樣芯片，DSP芯片為主控制器實現(xiàn)了采用多通道同步數(shù)據(jù)采集與處理目標(biāo)信號，能夠完成識別以及定位目標(biāo)。

多通道 數(shù)據(jù)采集 DSP 同步

1　引言

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件和硬件設(shè)備的不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也取得了更大的進(jìn)步與發(fā)展，而且硬件在性能方面也有了很大的提高，日益在多種控制系統(tǒng)以及其他的測試系統(tǒng)中被廣泛使用。目前為止不管是單通道的數(shù)據(jù)采集還多通道的數(shù)據(jù)采集在采集的精度以及采集的效率方面都取得了很大的突破，而且研究的技術(shù)越來越先進(jìn)。

對比于以往的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言，中央處理器選擇的是單片機(jī)，帶來的優(yōu)點就是資金投入的成本比較低，易操作。但是缺點就是由于單片機(jī)在數(shù)據(jù)的處理與計算方面仍然是由局限性的，所以采集的數(shù)據(jù)在精確度方面還是有待改善的。后期也有用到基于A/D，選擇A/D采集卡實現(xiàn)了多通道同步采集，但是這種方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面不夠靈活。隨著DSP芯片的誕生，將DSP應(yīng)用到高速多通道同步數(shù)據(jù)中可以不管是數(shù)據(jù)的精確度還是數(shù)據(jù)的計算速度方面都得到了很大的提高。相比于單片機(jī)而言明顯有很大的競爭性。

在飛行器導(dǎo)航中，就需要用到數(shù)據(jù)采集，而且一般在導(dǎo)航的設(shè)備中會安排幾個傳感器，當(dāng)在動態(tài)很高，而且精確度很高的情況下，就需要通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對這幾個傳感器進(jìn)行指標(biāo)的采集，然后預(yù)處理通過采集系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，最后再進(jìn)行導(dǎo)航方面的計算，將所需要的參數(shù)輸出來，在這個數(shù)據(jù)采集的過程中需要采集的指標(biāo)包括了抵抗干擾力的強(qiáng)度，以及采樣的效率等等。

2　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成

隨著信息技術(shù)以及電子設(shè)備的不斷發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)今已經(jīng)逐步應(yīng)用到了許多的科學(xué)測試實驗以及教育方面的多個行業(yè)中。數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)在性能方面有了更大的優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在高穩(wěn)定性，高精確度方面，然而數(shù)字系統(tǒng)也是有限制條件的，那就是數(shù)字系統(tǒng)所處理的信號只能是離散的。由于很多時候大部分的信號是模擬的信號，比如位移信號，角度信號。所以這種情況下就需要進(jìn)行模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程。

本課題中高速多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選擇的單片機(jī)的是基于AVR系列的，轉(zhuǎn)化模塊采用的是A/D模塊，在通訊模塊設(shè)計的時候，因為考慮到接口處傳輸?shù)乃俣炔皇呛芸欤詾榱藦浹a(bǔ)速度，就增加了一個轉(zhuǎn)USB的通信端口。本系統(tǒng)中為了考慮到數(shù)據(jù)量大另外還增加了一個存儲的芯片。高速多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　高速多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1A/D轉(zhuǎn)化的原理

A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的信號和輸出的信號類型不是一樣的，輸入的信號是以模擬形式存在，而輸出的是以數(shù)字形式存在，因此輸入之前就需要將模擬信號進(jìn)行取樣。接著對這些模擬信號進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化。A/D轉(zhuǎn)化的這個過程涉及到了采樣，其實采樣實質(zhì)上就是對脈沖進(jìn)行調(diào)幅，其中：

如果將P（t）信號的脈沖寬度設(shè)置遠(yuǎn)小于脈沖周期的時候，就可以等似于理想采樣。調(diào)幅設(shè)定為

把公式（1）代入到公式（2）中可得：

通常情況下P（t）是等同于M（t）的，M（t）表達(dá)式如下：

2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片選取

根據(jù)數(shù)據(jù)采集對多通道，高速方面的需求，本課題中的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片選擇的是ADS7864。ADS7864芯片中的所有的通道的轉(zhuǎn)化時間都是設(shè)置為2微秒，而且所有的模擬輸入通道采集是同時進(jìn)行的，F(xiàn)IFO的寄存器一共有6個，控制的過程全部是由硬件進(jìn)行控制的，ADS7864使用的電壓不管是內(nèi)部的還是外部的都可以，ADS7864的產(chǎn)品規(guī)格如表1所示。

3　硬件設(shè)計

在現(xiàn)今這個信息技術(shù)飛速發(fā)展的通信領(lǐng)域，很多的模擬系統(tǒng)已不再適應(yīng)科學(xué)實驗以及生產(chǎn)領(lǐng)域，而數(shù)字系統(tǒng)將逐漸代替模擬系統(tǒng)。數(shù)字系統(tǒng)中眾多的領(lǐng)域中都發(fā)揮著重大的意義。所謂的數(shù)據(jù)采集指的就是先進(jìn)行模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后再將結(jié)果放到處理器中經(jīng)過處理，最后再進(jìn)行結(jié)果顯示傳輸和記錄的這整個流程。大部分的外部信息是以物理量存在的，因此如果要轉(zhuǎn)為數(shù)字量，那么在這之前就需要將物理量進(jìn)行離散化，然后量化編碼。在信息技術(shù)中數(shù)據(jù)的采集可以說是占據(jù)著重要的角色成份，也是測控技術(shù)中的組成成分之一。

3.1MCU與ADS7864之間的硬件接口設(shè)計

ADS7864中有3根命令線，其中HOLDA對應(yīng)的通道是A0和A1，而HOLDB對應(yīng)的通道是B0和B1；HOLDC對應(yīng)的通道是C0和C1。當(dāng)HOLDX出現(xiàn)了電平的從高到低的轉(zhuǎn)化的時候，通道中就會有2個進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并且當(dāng)有命令線要進(jìn)行轉(zhuǎn)化的時候，通道的速率就會是500KHz。片選是CS管腳，讀信號是RD管腳，D0到D15表示的是16位的數(shù)據(jù)。D15表示的數(shù)據(jù)是否轉(zhuǎn)化的標(biāo)志位，而D14到D12表示的是通道號，D0到D11表示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以后代表的數(shù)字量。

3.2電源部分的設(shè)計

系統(tǒng)中的電源選擇的是+12V，該電源的提供可以來自蓄電池也可以來自車載的電源，由于系統(tǒng)對數(shù)字模塊提出的要求，所以電源部分可以分為四部分，分別是：1）上止點的電源；2）電荷信號電壓是0到5V；3）機(jī)油溫度傳感器電壓；4）數(shù)字電路所需的電源。

4　軟件設(shè)計

關(guān)于系統(tǒng)的軟件部分的實現(xiàn)是將整體分割成多個子程序，這樣通用性強(qiáng)，可讀性強(qiáng)，同時也為測試方面提供了很大的便捷，而且這些子程序也可以進(jìn)行移植。本文中的編程語言采用的是C語言和匯編語言相互地結(jié)合。

系統(tǒng)中主程序部分有數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)讀取以及數(shù)據(jù)傳送上位機(jī)。主程序的流程圖如圖2所示。

表1　ADS7864產(chǎn)品規(guī)格

圖2　主程序的流程圖

5　結(jié)語

基于DSP的高速多通道同步數(shù)據(jù)的采集在現(xiàn)實生活中得到了很大的應(yīng)用，本文主要的A/D轉(zhuǎn)化芯片選擇的ADS7864，介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計，并且給出了部分的原理圖以及程序?qū)崿F(xiàn)流程圖。

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