双余度DSP数据采集装置在某型控制器中的应用

摘要：针对某型控制器设计的双余度DSP数据采集装置，采用以双端口RAM方式进行数据交换。结果表明，此数据采集装置既能快速完成模拟数据的采样，又能快速地在DSP间进行高速数据交换，同时，还能够满足基于DSP数据采集装置的高精度与小型化要求。

关键词：双端口RAM；DSP处理器；数据采集；控制器

中图分类号：TP911 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2012）11-0042-05

0 引 言

任何一种自动控制系统都离不开数据采集装置，它的性能直接影响整体系统的工作性能。数据采集装置向着高速、实时方向发展，对数据的传输和控制速度也提出了较高要求。DSP（数字信号处理器）是一种适合于实现各种数字信号处理运算的微处理器，具有哈佛结构、支持流水线处理、快速的指令周期等优点，因而在嵌入式系统中得到广泛的应用。事实上，以DSP为核心来构建数据采集装置也已经成为一种常用的有效方法。

在多任务信号处理系统中，考虑到设计系统的复杂性，经常需要使用双DSP协同工作来构成系统。双DSP系统的优点在于，可以通过计算能力的均匀分布，使系统具有较好的冗余能力、更快的处理速度、模块化的体系结构。正因为双DSP系统的应用越来越广泛，如何解决好双DSP间的数据共享也变得越来越重要。如果需要进行大量数据的高速交换，依靠控制器自带的串口实现数据的串行传输已很难满足需求，必须寻求一种能进行高速数据通信的方法。而采用双端口RAM是解决双DSP之间高速数据通信的有效办法，该方法能够方便地构成各种工作方式下的高速数据传送介质，很好地解决因数据传输速度低所引起的瓶颈问题。

某型控制器要求采用双余度数据采集通道，每个通道都需要对多达16路模拟信号进行模数采样。为此，本文给出了用双DSP来构建的具体方法，每个DSP负责一个通道的数据采样，并在两个DSP之间用双端口RAM来构建一个高速的数据通道，以交换各自的采样数据和其它数据。

1 双余度DSP数据采集装置的总体设计

某型控制器要求采用双余度数据采集通道。以DSP为核心构建数据采集装置，该装置既可以进行高速采样，还可以对数据进行后处理。采用两个DSP，各自负责一路数据采样，采样数据和其它数据可在两个DSP之间共享。数据采集装置由数据采集模块、DSP处理器和数据交换模块组成。图1给出了系统中双余度DSP数据采集装置的结构框图。

数据采集模块主要在DSP的控制下，各通道分时对16路模拟信号进行采样，并将采集的数据发给DSP；DSP负责输出数据采集所需要的时序，对采样进行控制，并根据需要，通过访问数据交换模块来对采集的数据和状态信息等其它数据进行交换；数据交换模块则在DSP的控制下，使两个DSP能够不冲突地对任一存储单元进行访问，从而达到数据交换的目的。

2 数据采集模块的设计

本模块的主要功能是在DSP的控制下，由通道对16路指令和反馈信号进行采样，并将采集的数据发给DSP。因为采样的信号较多，故采用16选1电子开关。DSP输出电子开关控制信号，以将16路信号分时送入A/D采样芯片；同时，DSP还要输出A/D转换控制信号，以将选通的模拟信号转换为数字量后读入DSP。

单通道DSP数据采集模块的框图如图2所示。

本装置中两个通道的采样电路相同，通道1的采样电路如图3所示。

该电路首先将模拟信号通过集成电路AD7892转换为DSP所需要的数字量，然后由16选1电子开关DG406（5N1）依次选通各路模拟信号，再经过运算放大器F353进行信号隔离后，分时送给12位模数转换器AD7892（5N3）进行转换处理。通道1中的电子开关DG406的数据采样通道见表1所列。

A/D采样芯片AD7892具有±5 V或±10 V可选输入范围[1]，最快转换时间为1.47 μs，片内含采样保持电路和高速串并接口，单电源供电（+5 V），转换数据为12位，而且与DSP处理器的接口比较简单。

引脚接高电平时，电路处于正常工作模式；引脚REF OUT/IN通过电容接AGND，代表参考电源使用芯片内部的参考电压源；引脚VIN2接AGND，表示模拟输入电压的范围为-10～+10 V；引脚MODE接高电平表示系统处于并行接口模式；引脚VIN1接采样模拟信号；引脚接采样启动脉冲ADKSZH，引脚接脉冲ADRD，这两个脉冲来自DSP，使DSP能够对模数转换进行控制。转换结束后，AD7892引脚输出低电平，DSP将12位转换结果DB0～DB11以并行数据模式读入。当输入范围为-10～+10 V时，A/D采样的分辨率为20 V/212=4.88 mV。