雙CPU數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在嵌入式控制系統(tǒng)中經(jīng)常需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物理量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)處理，且要求系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互功能，這時(shí)僅采用DSP處理器往往不能滿足要求。本文選擇以單片機(jī)為主處理單元（主要完成各種控制和接口功能）、DSP芯片為從處理單元（主要完成數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，該系統(tǒng)可獨(dú)立使用，也可與上位PC機(jī)進(jìn)行通信。

　　1 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)方案

　　數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)　是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)處理信息而構(gòu)成的系統(tǒng)。其主要功能是將輸入的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加工、整理，計(jì)算各種分析指標(biāo)，變?yōu)橐子诒蝗藗兯邮艿男畔⑿问?，并將處理后的信息進(jìn)行有序貯存，隨時(shí)通過(guò)外部設(shè)備輸給信息使用者。系統(tǒng)由MCU處理器、DSP處理器、8位高速A/D轉(zhuǎn)換器以及FLASH存儲(chǔ)器等部分組成，傳感器的信號(hào)送入高速A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，結(jié)果送入DSP中。這里DSP芯片采用了TI公司具有高速數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理能力的TMS320VC5402,運(yùn)算結(jié)果通過(guò)HPI傳送到單片機(jī)，利用單片機(jī)方便的接口電路和控制功能，輸出并顯示結(jié)果或送入PC機(jī)做進(jìn)一步處理。圖1為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，其中FLASH用于存放自舉引導(dǎo)程序。

　　2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件接口設(shè)計(jì)

　　2.1 A/D接口電路設(shè)計(jì)

　　隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路--模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

　　將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC,Analog to Digital Converter）；將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC,Digital to Analog Converter）；A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。

　　該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)首要的任務(wù)是將傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)高速、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換和處理，系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換模塊采用了TI公司的8位并行A/D器件TLC5510A[3-4],最高頻率可達(dá)20MHz,能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。該模塊采用單一+4V電源供電，正常工作時(shí)的最大功耗為150mW,適合便攜式儀器儀表使用。傳感器的信號(hào)通過(guò)TLC5510A的模擬量輸入引腳送入，利用DSP內(nèi)部定時(shí)器來(lái)控制A/D采樣率，在每次產(chǎn)生定時(shí)器中斷時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，這樣可通過(guò)設(shè)置定時(shí)器的初始值來(lái)改變采樣率。圖2為A/D轉(zhuǎn)換接口電路圖，其中為片選端，低電平有效，時(shí)鐘由DSP內(nèi)部時(shí)鐘提供，送入A/D芯片的CLK引腳。轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)字量經(jīng)電平轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換器和DSP工作電壓不同）后直接送入DSP中，結(jié)合相關(guān)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

　　2.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)FLASH引導(dǎo)加載[5]

　　由于系統(tǒng)用于便攜式儀器中，加電后要有獨(dú)立運(yùn)行的能力，而所使用的DSP芯片內(nèi)無(wú)永久性存儲(chǔ)器，所以系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需進(jìn)行自舉引導(dǎo)。DSP為脫機(jī)運(yùn)行提供了五種引導(dǎo)模式，分別是：主機(jī)端口（HPI）引導(dǎo)模式；串行EEPROM引導(dǎo)模式；并行引導(dǎo)模式；標(biāo)準(zhǔn)串行口引導(dǎo)模式；I/O引導(dǎo)模式。其中并行引導(dǎo)方式在這里被認(rèn)為是最佳的，但是SPI EEPROM引導(dǎo)方式價(jià)格偏高，而并行引導(dǎo)方式則可以采用FLASH,因?yàn)镕LASH種類很多且價(jià)格較低，可以充分體現(xiàn)系統(tǒng)的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，故該系統(tǒng)中采用并行引導(dǎo)方式實(shí)現(xiàn)程序的自舉引導(dǎo)加載。