基于DSP的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制

摘    要：本文介紹了基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的虛擬儀器設(shè)計(jì)。通過(guò)軟、硬件技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多路模擬信號(hào)的采集處理，輸出多種波形，充分發(fā)揮了虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；DSP； USB

引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，運(yùn)用高速數(shù)據(jù)處理的場(chǎng)合越來(lái)越多。例如，高速數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)、高速圖象信息轉(zhuǎn)換、語(yǔ)音實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)等。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于TMS320C32和USB芯片的一套高速、高精度數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)的DSP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)通過(guò)USB口送到計(jì)算機(jī)顯示、計(jì)算。計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序便于實(shí)現(xiàn)豐富的圖形界面，具有良好的人機(jī)接口，是一套很實(shí)用的虛擬儀器系統(tǒng)。

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
虛擬儀器的硬件部分主要分為數(shù)據(jù)采集和波形發(fā)生器兩大部分。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由TMS320C32 微處理器芯片、USB芯片F(xiàn)X2、ADC芯片ADS8364、DAC芯片DAC7624/25、CPLD、FIFO存儲(chǔ)器及其外圍電路組成。原始信號(hào)通過(guò)處理變成A/D可以采樣的信號(hào)后送入DSP采集系統(tǒng)，DSP系統(tǒng)通過(guò)高速、高精度A/D轉(zhuǎn)換器ADS8364對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行單通道或多通道的采樣，將16位采樣結(jié)果存儲(chǔ)在雙FIFO存儲(chǔ)器中。當(dāng)其中一個(gè)FIFO存滿，USB系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從該FIFO存儲(chǔ)器中讀出，由收發(fā)器通過(guò)數(shù)據(jù)線(D+、D-)送至主機(jī)，同時(shí)另一個(gè)FIFO開(kāi)始進(jìn)行存儲(chǔ)。本系統(tǒng)適用于多通道的高速采樣，采樣頻率可以預(yù)置，以適應(yīng)不同頻率的輸入信號(hào)。
波形發(fā)生器：信號(hào)種類包含正弦波、方波、鋸齒波、三角波。輸出幅值為-2.5V~＋2.5V。當(dāng)輸出選定波形時(shí)，先利用USB口將數(shù)據(jù)從主機(jī)中送到雙FIFO進(jìn)行緩存，DSP進(jìn)行讀寫控制，將數(shù)據(jù)寫入D/A12位數(shù)據(jù)總線，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓， 經(jīng)電壓放大器進(jìn)行放大后，達(dá)到要求的幅值。輸出波形是通過(guò)改變每個(gè)周期輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)來(lái)改變波形的頻率的。通過(guò)改變D/A的輸出通道實(shí)現(xiàn)對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行輸入。
USB與上位機(jī)接口：負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通信。上位機(jī)通過(guò)USB接口將A/D采樣頻率及通道選擇的預(yù)置數(shù)據(jù)傳送到CPLD，利用CPLD實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D采樣頻率和通道的改變。系統(tǒng)采集和處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口送入上位機(jī)進(jìn)行顯示和分析。
使用CPLD和4046來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D采樣頻率的改變，適用于不同頻率的信號(hào)。通過(guò)預(yù)置分頻器的數(shù)值，可方便地改變采樣頻率，適合于從幾十Hz到250kHz范圍的信號(hào)。采樣頻率可以靈活改變，同時(shí)也避免了高頻信號(hào)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的干擾。圖1是多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
 
系統(tǒng)的主要組成部分
ADC模塊
該模塊采用的是高速、低功耗、六通道同步采樣的16位ADC ADS8364，適用于噪聲比較大的環(huán)境。每個(gè)輸入端都有一個(gè)ADC保持信號(hào)，用來(lái)保證幾個(gè)通道能同時(shí)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，可以對(duì)單極性或雙極性輸入電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。本文采用雙極性輸入方式，輸入電壓可以是