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        基于DSP的高速多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

        2016-10-22 01:38:00楊旭
        數(shù)碼世界 2016年10期
        關鍵詞:精確度單片機電源

        楊旭

        遼寧錦州渤海大學

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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

        隨著通信技術的不斷發(fā)展,數(shù)據(jù)采集在很多領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指標。由于一些領域?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,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)采集與處理目標信號,能夠完成識別以及定位目標。

        多通道 數(shù)據(jù)采集 DSP 同步

        1 引言

        隨著電子信息技術的不斷發(fā)展,軟件和硬件設備的不斷進步,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也取得了更大的進步與發(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,而且研究的技術越來越先進。

        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,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,但是這種方法在結構設計方面不夠靈活。隨著DSP芯片的誕生,將DSP應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。相比于單片機而言明顯有很大的競爭性。

        在飛行器導航中,就需要用到數(shù)據(jù)采集,而且一般在導航的設備中會安排幾個傳感器,當在動態(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)對這幾個傳感器進行指標的采集,然后預處理通過采集系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù),最后再進行導航方面的計算,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包括了抵抗干擾力的強度,以及采樣的效率等等。

        2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構成

        隨著信息技術以及電子設備的不斷發(fā)展,數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)今已經(jīng)逐步應用到了許多的科學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行模擬信號轉化為數(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)選擇的單片機的是基于AVR系列的,轉化模塊采用的是A/D模塊,在通訊模塊設計的時候,因為考慮到接口處傳輸?shù)乃俣炔皇呛芸?,所以為了彌補速度,就增加了一個轉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)結構圖如圖1所示。

        圖1 高速多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構圖

        2.1A/D轉化的原理

        A/D轉換器中,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行取樣。接著對這些模擬信號進行數(shù)字化轉化。A/D轉化的這個過程涉及到了采樣,其實采樣實質(zhì)上就是對脈沖進行調(diào)幅,其中:

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

        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)表達式如下:

        2.2 模數(shù)轉換芯片選取

        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)轉換芯片選擇的是ADS7864。ADS7864芯片中的所有的通道的轉化時間都是設置為2微秒,而且所有的模擬輸入通道采集是同時進行的,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 硬件設計

        在現(xiàn)今這個信息技術飛速發(fā)展的通信領域,很多的模擬系統(tǒng)已不再適應科學實驗以及生產(chǎn)領域,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)采集指的就是先進行模擬信號轉化為數(shù)字信號,然后再將結果放到處理器中經(jīng)過處理,最后再進行結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,因此如果要轉為數(shù)字量,那么在這之前就需要將物理量進行離散化,然后量化編碼。在信息技術中數(shù)據(jù)的采集可以說是占據(jù)著重要的角色成份,也是測控技術中的組成成分之一。

        3.1MCU與ADS7864之間的硬件接口設計

        ADS7864中有3根命令線,其中HOLDA對應的通道是A0和A1,而HOLDB對應的通道是B0和B1;HOLDC對應的通道是C0和C1。當HOLDX出現(xiàn)了電平的從高到低的轉化的時候,通道中就會有2個進行轉化,并且當有命令線要進行轉化的時候,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)是否轉化的標志位,而D14到D12表示的是通道號,D0到D11表示的數(shù)據(jù)轉換以后代表的數(shù)字量。

        3.2電源部分的設計

        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)機油溫度傳感器電壓;4)數(shù)字電路所需的電源。

        4 軟件設計

        關于系統(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,可讀性強,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。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用,本文主要的A/D轉化芯片選擇的ADS7864,介紹了系統(tǒng)的硬件設計以及軟件設計,并且給出了部分的原理圖以及程序?qū)崿F(xiàn)流程圖。

        [1] 潘勇良. 基于DSP的高速多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與開發(fā)[D]. 合肥工業(yè)大學, 2013

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