基于DSP的数据采集系统的设计与研究

摘要 当前，由于科学技术在不断的发展，而对于通讯、雷达、航天测量、电子对抗、图像以及多媒体方面等领域对于数据采集系统的要求从而提出了更高的一个层次。而随着电子芯片不断的推出，在其系统设计上也就有了更加广泛的选择条件，从而促使采集系统得到更加迅速的发展。但是，怎样可以把大量的数据进行快速的存储，则是作为采集系统设计当中必须解决的问题。基于DSP的数据采集系统，主要给出了一个总体的系统方案介绍，从而选取在系统当中主要的一个硬件模块，进行分析了其主要硬件的功能以及软件设计的主要思想。应用这种方案主要通过高速、实时的大容量数据进行采集，从而也突出了它的优越性，从而为数据采集系统提供更为有效的一个途径。

关键词 电子芯片；DSP 数据采集；系统设计

中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）65-0185-02

对于实时数据的采集系统则是作为测量当中不可缺少的一部分组成。一般在对硬件供电电压等方面的信号进行监测、采集雷达信号等方面，都是需要对连续变化的高速模拟信号做同步的数据采集以及对外部设备的数字量进行异步通信。所以，只有满足对数据的高速以及高精度的采集，才能确保数据具有一定的有效性以及完整性。

1 DSP的特点

1）如果选用以DSP芯片作为主要处理单元的，则可以从该系统的结构方案出发，在满足信息处理的大量数据要求以外，还必须要实现键盘控制以及显示液晶等方面的主要功能。在应用DSP数据采集的加工控机方案，主要是考虑由于实际系统可能处理的信息会较多，并且工作量会较大，把所有的任务在不影响其速度的情况下都通过DSP进行完成，会存在一定的难度。但是PMU则它的成本会较低，同时它的优势就是要对外部的设备进行控制，然而PMU数字信号处理的能力却较差，同DSP可以进行互补。在很多任务当中，对于键盘控制以及液晶显示等一些方面简单的处理环节都可以通过工控机进行完成，从而在单片机的控制方面也利用了其长处，促使DSP的各种算法可以通过数字信号进行处理，同时也满足了处理的要求；

2）在对交流电量进行同步采集时，要求全部的测量数据必须要对应一个时标，所以，要求系统就应具有同步的一个高精度时钟。而出现的GPS全球定位系统却解决了这个问题。可以应用GPS接收板进行发出信息再与同步的时间秒脉冲，并且可以在测量系统当中建立一个测量的实时时钟，再通过串口时间建立一个可以测量系统年份、月份以及具体的时间，再通过同步的秒脉冲以及计数器从而建立一个可以测量系统的微秒级的时钟，并在任意时刻都可以读出精度的时间。同时在采样的过程当中，也可以获得采样点的数值，并且通过DSP对其采样点做好时间标签，从而实现具有连续性的采样波形；

3）如果要实现在宽频域范围当中的实时测量、高频以及信号的精确度，就必须要求其分辨率与采样率相对较高，而实时信号的处理流程也应具备一定大流量的采样数据和快速的处理运算功能。在信号处理方面，由于DSP的内核结构以及在指令系统上都必须要提供一个速度极快的不同层次、不同类型以及不同定制的处理支持，而在运算机制上以及内部资源上都必须要非常丰富。但是，因为DSP的运算处理会需要周期的运转，并且在处理数据的同时，还有数据上传与控制等方面的操作都会占用一些外部的资源。

2 对于硬件的选用

1）在系统当中，DSP所应用的是F2812，这是性价比相对较高的一种芯片，它的运行速度较快、存储的空间较大、集成度高、存储空间大以及具有高精度的转换特点等；

2）对于工控机在数据处理方面的速率应比数据采集的速率要高一些，否则就会导致数据出现丢失等方面的问题；

3）在选择CPLD时，对于所选用的编程逻辑器件，其资源量必须要满足系统的具体要求，这也是作为重要的考虑依据。而在进行实际的凋试以前却很难确定DSP芯片的资源以及耗费量。所以对于在选型CPLD的器件时必须要先应用软件做大概的估算，主要是估算其所需要的资源量，并选用一个具有冗余的器件，以达到系统设计的具体要求。此外，在系统设计结束以后必须也应考虑到可能会增加一些新功能，或者硬件存在升级要求的可能性等。

3 该系统的硬件设计

1）由于在输入模拟信号时则可以应用通过单端进行输入一差分的输出方式，也可以应用差分输入一差分的输出方式。在六个模拟的输入通道当中则可以分为三对，而对于每个转换器都会具有三对的输入端，并且可以进行同时的转换和采样，所以就可以对两个模拟的输入信号保持一个相对相位的信息。而每对通道也都会具有单个的保持信号，而通过这三个信号便可以同时保持六个的输入信号，其所转换的数据则会分别的放到这六个存储器当中；

2）可应用CPLD的控制对ROM双口进行读写数据。应先写低地址段，在完成以后再输入FLAG2脚，如果是1时，则可以将LFAG0的输出相反的方向。而如果FLAG2是作为高电平，便可以在高端地址段当中输入采集数据，如果出现查询继续等待时，则直到为真为止。而此时，在FPGA在另一端在向硬盘当中做完数据的处理后，则必须要查询低端地址段在读取完以后是否可以进行继续读取，而在高位地址段进行读取完之后，所查询的低位地址是会不会由FPGA读取。这种方法的实施具有很高的数据价值，并且也很方便。

4 该系统的软件设计

1）该系统的软件一般是完成了对于A/D控制转换的过程，并通过DSP进行读取转换的结果。如果结束了该系统的初始化工作，便开始对AID的转化部分进行运行。当转换器进行新的一次转换时，其BUSY脚会变成低电平，同时在转换期间也会持续保持在低电平的状态，一般完成转换一次则需要至少大概16个时钟；

2）由于DSP主要是针对数据做采集的一个单元，所以应把这个单元通过A/D可以转化过来，并对数据进行采集，再对FLAG引脚的初始化方向，再把所采集的数据输入进双ROM里，并根据FLAG方向从而对工控机控制读取数据；

3）由于工控机是数据的一个处理单元，所以在通过双口ROM所读取的数据做处理时，应计算电能质量的参数，这主要包括在电压的偏差、电压的有效值、频率、功率和因数的幅值、谐波的含有率、不平衡度等方面的计算参数。

5 结论

总之，对于数字信号数据的采集，主要是通过设计以高性能的芯片作为基础，从而构成了以高速运行数据的采集系统。此外，也针对DSP内置的串行通信接口和芯片所组成的数据采集系统，对于其中应注意的设计问题从而进一步的加以说明，通过试验表明在其这套系统当中，由于数据采集的速度较快、精准度较高，所以可以达到应用的具体要求，也可以广泛推广。

参考文献

[1]周志久，吴灿，张英.基于DSP的数据采集系统设计与实现[J].航天控制，2011(2).

[2]张魏.基于DSP的实时数据采集系统的研究与设计[J].北京科技大学.车辆工程，2009.

[3]赵伟.鲍慧.刘云峰.基于DSP的高速数据采集系统设计[J].电力科学与工程，2008.

[4]赵飞，梁志瑞，牛胜锁.基于DSP和GPS的异地交流电量同步采集系统[J].电测与仪表，2008.

[5]肖刚.基于DSP的飞行数据采集装置的设计与实现[J].测控技术，2007(5).