基于DSP的数据采集系统研究

【摘 要】目前单片机已经不能满足测量和控制系统中数据采集的速度要求。为了解决自动检测和控制系统中数据采集速度慢的问题，提出运用基于DSP的软件平台 CCS和TI公司TMS320系列F2812芯片开发一种快速数据采集系统， 研究了该系统硬件平台的搭建和相关应用程序的开发。

【关键词】DSP；数据采集；CCS；TM320F2812

引言

随着科学技术的发展，工业生产的自动化程度已经迅速提高。越来越多的工厂生产逐渐改造了原有的手动控制，取而代之的是利用控制技术实现生产的自动进行。这给工业生产带来了变了和效率，也给工人带来了轻松，生产质量也逐步提高。自动化的发展离不开信息工业的迅速发展和进步。只有获取工业生产过程中的各种所需信息，并经过一定的分析和判断，获得工业生产的准确控制。这就需要有对应的系统对过程中的数据进行采集、分析和处理。具体的说就是自动化要把工业现场运用的各种传感器检测的数据进行提取、分析。这可以对工业现场进行监控和及时的进行故障诊断。因此数据采集是工业自动化的重中之重，其次是对数据的传输和处理等。

数据采集系统应用较为广泛，在整个工业生产中必不可少，它是一种对模拟量进行检测的装置。工作原理是把检测信号送到处理系统，根据需要进行分析和提取。计算机接受的是数字量信号，所以数据采集系统一般要进行模拟量和数字量的转换。我们所要考虑的是数据采集的质量和进程。一般不应该出现信号的严重失真和干扰，同时不应该出现数据的较大滞后，这些对工业生产和监控都有严重的影响。所以高性能的数据采集系统研究具有重要意义。

微电子技术的发展对数据采集系统的发展起到了促进作用。模数转换精度、采样率、通道数、分辨率都越来越高，这些在数据采集系统中是重要参数。以前多数用单片机构成数据采集系统，而且单片机的位数也在加大，近几年DSP的运用也较为常见。在测控方面，数据采集系统已经逐步用一个芯片代替，可以完成数据的采集和分析。为实现单一芯片数据处理的部分不足，采用DSP越来越受到重视，对DSP的数据采集系统研究十分必要。

1 基于DSP的数据采集系统方案

对系统的总体方案设计，是整个环节的主要部分。总体方案可以直接对系统的构成、特征、性能等结构做基本的介绍。

1.1处理器

处理器是数据采集系统的核心，要能达到数据处理的实时性和不失真，同时精度还要要求较高。目前运用较多的是TI公司的TMS320系列F2812芯片，它具有很高的性价比。在工业控制现场被广泛使用，而且精度和运算速度较快。它的基本性能大致有：

（1）32位处理器，中断响应迅速，兼容一些汇编语言；

（2）采用CMOS技术，主频可达150MHz；

（3）可以在线仿真，仿真模式较为先进；

（4）含有多个存储，16位的128KB闪存；

（5）有一些看门狗和定时器的各模块；

（6）低耗能，较为节能，支持各种空闲、等待、挂起模式；

（7）10位双向的数模转换器，采样频率高，精度高；

（8）有与外部设备进行通讯的各种模块，如串行通讯模块、外设模块、数字端口模块、CAN控制模块。

1.2 处理器通信

在通信设计中，有较多的通信电缆。考虑最多的是用RS485通信和CAN总线通信。比较这两种方式的总线特点，CAN总线在DSP数据采集系统中有较大优势。在网络中，各节点都可以根据优先权向总线发送信息；没有地址编码那么麻烦，不同节点可以得到相同数据；数据传输的实时性比较强，有较好的冗余系统，可靠性得到保证；CAN可以在节点出现错误的时候自动关闭数据的输出，而且具有良好的通信协议，开发容易；同时CAN总线具有很强的抗干扰能力、结构简单。DSP本身含有CAN控制模块，这对系统的开发设计提供便利。

1.3 上位机软件

组态软件是在工业控制中经常通用的开发软件，已经实现标准化。对一些标准的模块之间进行组态和编程即可实现高可靠性的专业控制程序，通过上位机人机界面进行监控，通用性较高。组态软件一般有专业的软件开发人员开发的，经过了工业现场的无数次测试，质量较为稳定，这可以作为上位机控制程序的主要软件工具。

1.4 PC和DSP接口

采用串行通讯方式，主要是通信简单、成本低，只需要一根传输线、而且可以实现双向信息传送，对远距离的通信较为合适。

现在已经选用TMS320F2812DSP芯片作为处理器，各个处理器采用CAN总线通信，在上位机进行程序编写，采用串行通讯的方式连接DSP和PC机，把现场的各种生产数据和信息传送到PC机进行现场的实时监控。

2 硬件设计

2.1 电源的电路和复位电路设计

TMS320F2812DSP芯片的工作需要flash电压3.3V和内核电压1.8V两部分，对电源较为敏感。在DSP系统的电源设计中TPS67D301可以双路输出和单独供电，刚好可以满足所需电压的两部分，较为适合，而且它能够自身产生复位信号，红色部分即为复位电路。

2.2 JTAG下载口电路的设计

在设计中，需要在DSP的端口设计电路对JATG下载进行干扰抑制，这是较为重要的部分。

2.3 通讯电路设计

对于通讯电路主要包括两种接口的电路设计，一是CAN总线电路，另一种是串口通信电路。前面已经根据总线特点选择CAN总线。设计中采用符合RS232标准的MAX232芯片。DSP和RS232通过74LS245进行电平转换。

3 软件设计

对于数据采集系统的软件设计，主要包括以下几个方面：

（1）考虑DSP时钟脉冲，这需要时钟模块实现；通过软件可以实现外设时钟，系统可靠性提高；

（2）避免DSP的外界严重干扰，程序被打断，造成系统工作不够顺畅，需要设计“看门狗”软件；

（3）DSP提供了较多的通用I/O口，而且有些接口可以复用，所以需要对I/O进行软件设计；

（4）过程控制中，中断是必不可少的，需要对中断系统进行软件设计；

（5）组态和DSP协议；

（6）数字信号和模拟信号需要进行转换，需要对此进行软件设计；

（7）CAN总线的运用少不了接口的软件设计。

4 结束语

文章对DSP的数据采集系统做出了基本的分析，提出了总体方案，并对其硬件设计进行研究，设计出各部分电路。并考虑了软件设计的各个方面，对整体系统的设计起到一定的指引作用。

参考文献：

[1]王淑芳等.基于DSP的数据采集系统开发与实现[J].北京石油化工学院学报，2005（13）.

[2]段广云.基于DSP的数据采集系统设计[J].青海大学学报（自然科学版），2005（05）.