基于DSP的列車應(yīng)變力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

摘 要：本文介紹了基于TMS320VC33 DSP芯片的應(yīng)變力測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出了結(jié)構(gòu)原理框圖，并圍繞DSP設(shè)計(jì)了測(cè)試系統(tǒng)的中斷、復(fù)位子系統(tǒng)、存儲(chǔ)子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)。同時(shí)還對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了信號(hào)完整性分析。

關(guān)鍵詞：測(cè)試系統(tǒng)；DSP；應(yīng)變力；信號(hào)完整性

車輪與軌道間的作用力是評(píng)價(jià)車輛運(yùn)行品質(zhì)的重要因素，能否準(zhǔn)確及時(shí)地獲取輪軌間的作用力直接影響著車輛脫軌系數(shù)等參數(shù)的計(jì)算。應(yīng)變力測(cè)試系統(tǒng)是設(shè)計(jì)列車運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文用DSP芯片開(kāi)發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)正是針對(duì)這一需要。

測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

測(cè)試系統(tǒng)以高速、高精度的DSP為核心，構(gòu)成了包括模擬信號(hào)預(yù)處理、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)信號(hào)測(cè)試處理系統(tǒng)。其原理框圖如圖1所示。

應(yīng)變傳感器輸出的模擬信號(hào)，經(jīng)RC濾波網(wǎng)絡(luò)初步濾去信號(hào)中的高頻成分，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。RC濾波網(wǎng)絡(luò)、A/D轉(zhuǎn)換構(gòu)成了測(cè)試系統(tǒng)的前向通道。

中央處理單元以TMS320VC33為主體，該DSP是一款高精度、大容量、寬功率范圍的浮點(diǎn)處理器，具有高度的并行化，以及DMA協(xié)處理器通道。同時(shí)，本設(shè)計(jì)還在系統(tǒng)中設(shè)置了1個(gè)64K×32位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和512K×8位的程序存儲(chǔ)器，與DSP共同構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

可編程邏輯(CPLD)是測(cè)試系統(tǒng)的硬件控制核心。其主要任務(wù)是控制A/D轉(zhuǎn)換、產(chǎn)生存儲(chǔ)系統(tǒng)的片選信號(hào)。
中斷、復(fù)位子系統(tǒng)不僅起到系統(tǒng)復(fù)位的作用，同時(shí)還用來(lái)確定系統(tǒng)應(yīng)用程序的位置。DSP根據(jù)此系統(tǒng)來(lái)裝載應(yīng)用程序并運(yùn)行。

中斷、復(fù)位子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在本測(cè)試系統(tǒng)中，DSP需要單獨(dú)地組成一個(gè)系統(tǒng)，因而把TMS320VC33設(shè)置為微計(jì)算機(jī)模式，此時(shí)TMS320VC33具有程序引導(dǎo)功能。當(dāng)系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)，TMS320VC33監(jiān)測(cè)4個(gè)中斷管腳的狀態(tài)，根據(jù)BootLoader程序定位表來(lái)確定用戶程序的地址，然后運(yùn)行自身的BootLoader程序把用戶程序下載到指定地址空間。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)BootLoader的復(fù)位電路如圖2所示。

時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

TMS320VC33的時(shí)鐘，既可由外部提供，也可由板上的振蕩器來(lái)提供，但外部時(shí)鐘的精確度高、穩(wěn)定性好、使用方便，因而本設(shè)計(jì)中使用了12MHz的外部時(shí)鐘CLKMD0 CLKMD1=11的時(shí)鐘模式，經(jīng)內(nèi)部5倍頻后，產(chǎn)生60MHz 的系統(tǒng)時(shí)鐘。

總線驅(qū)動(dòng)

由于DSP的地址總線和數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)能力有限，當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，需要用總線驅(qū)動(dòng)對(duì)其負(fù)載能力進(jìn)行擴(kuò)展，以保證系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。本設(shè)計(jì)選用了TI公司的寬總線16位雙向總線驅(qū)動(dòng)器SN74LVTH16245，它具有很高的集成度和性能。