基于DSP和FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

1、總第卷第期電測與儀表年第期基于和的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計李利品，高國旺，任志平（西安石油大學(xué)光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室，西安）摘要：結(jié)合高速和的特點，設(shè)計了一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，應(yīng)用的內(nèi)部邏輯實現(xiàn)時序控制，以作為采集系統(tǒng)的核心，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波等處理，并將處理后的結(jié)果通過口傳輸?shù)接嬎銠C(jī)。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸方便等優(yōu)點，可用于電壓、電流、溫度等參量的采集系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)示碼：文章編號：（），（，）：，：，引言系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成框圖如圖所示，主要由數(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)研究的各行業(yè)中，常常需要對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等

2、信息的采集。在圖像處理、瞬態(tài)信號檢測、軟件無線電等一些領(lǐng)域，更是要求高速度、高精度、高實時性的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，一些高性能的（）、（據(jù)采集部分和接口組成。該系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程門陣列（）作為系統(tǒng)的控制部分，通過（）進(jìn)行模擬通道邏輯控制采集電路切換、啟動采樣等；作為采集系統(tǒng)的核心，進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的讀取、濾波、控制接口芯片（）實現(xiàn)與計算機(jī)的通信，從而完成整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常工作。）和高速的應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，大大提高了系統(tǒng)的測量精度、數(shù)據(jù)采集處理速度、數(shù)據(jù)傳輸速度等。本文設(shè)計了一種應(yīng)用和的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并配以（）接口與機(jī)進(jìn)行通信。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集速度高、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸方便

3、等優(yōu)點。圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成框圖系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)圖中的采集電路采用芯片，它是快數(shù)據(jù)采集部分的硬件設(shè)計（）陜西省自然科學(xué)基金資助項目總第卷第期電測與儀表年第期速、低功耗、路獨立模擬輸入通道的位，最高采樣速率，單電源供電，內(nèi)部有可選的參考電壓；串行接口方式。系統(tǒng)選擇颶風(fēng)系列的芯片，采用了公司生產(chǎn)的取數(shù)據(jù)時序圖如圖所示），由在其內(nèi)部實現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換。的引腳信號在內(nèi)部反相后與的中斷引腳相連。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后，的引腳由低電平變?yōu)楦唠娖?，則進(jìn)入中斷，以并口方式讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。此外，芯片采用芯片，工作電壓為，而芯片工作電壓為，因此在芯片和之間需要電平轉(zhuǎn)換，才能保證數(shù)據(jù)采集電路正常工作。而能夠完成這一功能并同時允

4、許和電壓工作，因此可實現(xiàn)和電平的轉(zhuǎn)換。芯片作為數(shù)據(jù)采集和處理的核心。具有以下特點：處理速度快，指令周期只有；內(nèi)部具有位字節(jié)的；四種可選擇的引導(dǎo)方式；功耗低，連續(xù)運行的最大功耗只有，電源電壓為，內(nèi)核供電電壓為；內(nèi)置靈活的鎖相環(huán)時鐘產(chǎn)生電路可以對以內(nèi)的輸入時鐘進(jìn)行不同的倍頻處理，最大可進(jìn)行倍頻，這樣使在外加頻率較低的晶振條件下，產(chǎn)生較高的工作頻率，不但提高了芯片的運行速度，而且射頻的影響很小，對系統(tǒng)的干擾較低。接口設(shè)計數(shù)據(jù)采集部分與計算機(jī)采用接口，其硬件連接圖如圖所示。圖中的接口芯片采用公司的芯片。該芯片是一款性價比很高的器件，具有多中斷模式，能夠?qū)崿F(xiàn)批量和同步傳輸，雙電源操作：或電源，可與直接相

5、連而不需要電平轉(zhuǎn)換電路。圖數(shù)據(jù)采集部分的硬件連接圖圖為數(shù)據(jù)采集部分的硬件連接圖。圖中的輸入通道接模擬信號，而通道選擇引腳接口方式的硬件連接圖的位數(shù)據(jù)線與的直接相連，的地址線控制圖、分別接的口，由控制進(jìn)行通道切換。的、引腳也分別與的口連接。由產(chǎn)生周期為（采樣頻率為）低電平持續(xù)時間為的片選，地址線作為的命令或數(shù)據(jù)的選擇線。當(dāng)時，即的片選信號有效時，若，給的信號，通過引腳控制模數(shù)轉(zhuǎn)換的啟動和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。在的一個周期內(nèi)，下降沿用于啟動轉(zhuǎn)換。上升沿時，則通過串行方式將上次的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)發(fā)送給（模數(shù)轉(zhuǎn)換和讀發(fā)命令；若時，給寫數(shù)據(jù)或從的中讀取數(shù)據(jù)；因此地址發(fā)命令，地址寫數(shù)據(jù)。與的數(shù)據(jù)交換采用中斷圖模數(shù)轉(zhuǎn)換和

6、讀取數(shù)據(jù)時序圖總第卷第期電測與儀表年第期方式（外部中斷。（總線電通過源）、（地線）、和（數(shù)據(jù)線）條線與計算機(jī)相連。主機(jī)通過和上的電壓變化來檢測設(shè)備狀態(tài)。當(dāng)檢測到任意一條數(shù)據(jù)線電壓接近，而其它保持近地電壓，那么計算機(jī)就知道已經(jīng)準(zhǔn)備好了。當(dāng)計算機(jī)發(fā)出命令接收數(shù)據(jù)時，則通過接口方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)。接口軟件設(shè)計的傳輸軟件包括設(shè)備驅(qū)動程序、設(shè)備固件、主機(jī)端應(yīng)用程序三部分。本系統(tǒng)中用的匯編語言進(jìn)行設(shè)備固件編程，驅(qū)動程序利用軟件進(jìn)行開發(fā)，主機(jī)端應(yīng)用軟件采用了編寫。驅(qū)動程序和應(yīng)用程序都有現(xiàn)成的程序應(yīng)用，而固件程序則必須根據(jù)程序設(shè)計的特點，并結(jié)合協(xié)議進(jìn)行編寫，在此僅介紹固件程序的設(shè)計。固件程序由三部分組成：

7、一是初始化和所有外圍電路；二是主循環(huán)部分；三是中斷服務(wù)程序，其任務(wù)是對時間敏感。根據(jù)協(xié)議，任何傳輸都是由主機(jī)開始的。在固件程序中將主循環(huán)作為前臺，等待中斷，在具體設(shè)計中通過定義兩個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)事件標(biāo)志（）和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（）與兩者之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，中斷服務(wù)程序作為后臺。任務(wù)分配為：中斷程序負(fù)責(zé)全部與的接口操作并更新這兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如從收發(fā)數(shù)據(jù)，設(shè)置事件標(biāo)志等，主循環(huán)處理位于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，清除時間標(biāo)志以及其它總線事務(wù)等。在這種設(shè)計方式下，主循環(huán)不需要關(guān)心數(shù)據(jù)的來源，只需檢查數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)需要處理的新數(shù)據(jù)。這樣主循環(huán)就只關(guān)心數(shù)據(jù)的處理，而中斷服務(wù)子程序則可以以最大的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)傳輸協(xié)議，

8、主機(jī)首先要發(fā)送令牌包給圖中斷服務(wù)程序流程圖的核心，充分利用的特點，簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，并利用接口與計算機(jī)通信，具有數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸接口方便等優(yōu)點。參考文獻(xiàn)，接收到令牌包后給發(fā)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序流程圖如圖所示。首先讀取，黨瑞榮，謝雁，李利品等原理與應(yīng)用陜西：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，：中斷寄存器，判斷令牌包的類型，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。如果是總線復(fù)位和掛起改變時并不要求在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行特殊的處理，中斷服務(wù)程序只是在標(biāo)志位中設(shè)置總線服務(wù)標(biāo)志和掛起改變（，）輸標(biāo)志。如果不是，則繼續(xù)判斷是不是端點入、端點（，）輸出，若是，則轉(zhuǎn)入執(zhí)行數(shù)據(jù)處理程序，不是則跳出中斷服務(wù)子程序。的噪聲采集處理系統(tǒng)哈