基于单片机和dsp的信号采集系统设计

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1、基于单片机和ＤＳＰ的信号采集系统设计阿日贡巴彦尔，金星，史雪峰（中国地质大学机械电子工程学院湖北武汉４３００７４）摘要：目前环境监测仪器迫切需求高速、准确、实时、连续采集分析性、网络化远程控制系统。介绍一种通过单片机与数字信号处理器（ＤｓＰ）的同步串行通讯实现单片机控制ＤＳＰ完成信号的采集、存储及回放；给出硬件电路，同时介绍软件流程图，部分子程序及软硬件调试过程出现的问题以及解决方法，构建了目前环境监测仪器需求的基础性研究平台．关键词：ＤＳＰ；环境监测仪器ｆ同步串行通讯，软硬件调试中图分类号：ＴＰ３６８．１文献标识码：Ｂ文章编号：１００４

2、—３７３Ｘ（２００８）０６一０３０一０３Ｄ鹤ｉｇｎｏｆＤＳＰａｎｄＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐ—ｂａｓｅｄＳｉｇｎａｌＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ—ＡＲｉｇｏｎｇｂａｙａｎｅｒ，ＪＩＮＸｉｎｇ，ＳＨＩＸｕｅｆｅｎｇ（ＳｃｈｏｏＩｏｆＭｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎ∞ｒｉｎｇ，Ｃｈｉ触ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏ卵ｉ朗ｃｅ５，ｗｕｈａｎ，４３００７４・ＣｌＩｉＭ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｎｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｓｉｇｎａｌｓａｍｐｌｉｎｇ，ｓｔｏｒ

3、ａｇｅａｎｄｐｌａｙｂａｃｋｏｆｓｉｇｎａｌｔｈｒｏｕｇｈｓｅ—ｒｉａＩｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐａｎｄＤＳＰ．Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔｓｃｈｅｍｅａｎｄｓｉｍｐｌｅｓｏｆｔｗａｒｅｐｒｏｃｅｓｓａｒｅｉｎｃｌｕｄｅｄ．Ｉｔｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｓｉｇｎａｌｓａｍｐｌｉｎｇａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅ札Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＳＰ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕ

4、ｎｉｃａｔｉｏｎ；ｓｏｆｔｗａｒｅｈａｒｄｗａｒｅｄｅｂｕｇ对于控制量不复杂但数据处理分析量非常大的系统（如环境监测分析仪器、高压设备仪表），单独采用１片ＤＳＰ加上存储器，模／数转换单元和外设接口方案要达到高速实时控制不可行。因为单靠１个ＤＳＰ完成数据的采集、模／数转换、分析计算、数／模转换，实时过程控制以及显示等任务势必会大大延迟系统对控制对象的控制周期，从而影响整个系统的性能。所以添加一个ＣＰＵ负责采集，模／数转换，过程控制以及人机接口等任务，而ＤＳＰ专注于系统控制算法的实现，充分利用他的高速数据处理分析能力。３０００Ｈ～７ＦＦＦＨ数据单

5、元满足一次采集处理的数据量。同时在ＤＡｃ之前一个插值滤波器以保证输出信号平滑和ＡＤＣ之后一个抽取滤波器以提高输入信号的信噪比。并行通信具有传输线多，不适于远距离传输，而串行通信具有低成本，适用于远距离通信的特性。本系统采用单片机Ｐ１口与ＤｓＰ建立同步串行通信，具体通过Ｐ１．ｏ，Ｐ１．１，Ｐ１．２与ＤＳＰ的数据接收口、数据接收时钟、数据接收帧同步脉冲口相连，实现双控制器通过同步串行通信协同完成信号采集处理等任务。２系统硬件连接电路１系统方案ＴＭＳ３２０ＶＣ５４１０内部具有１６×１６ｂ的ＲＯＭ和ＤＳＰ５０００有３个多通道缓冲串口（ＭＣＢＳＰ），

6、缓冲串口０（ＭＣＢＳＰ０）与ＡＤ／ＤＡ芯片（ＴＬＣ３２０ＡＤ５０Ｃ）相连完３２×１６ｂ的ＲＡＭ。芯片内部ＲＡＭ和ＲＯＭ可根据成信号的采集、发送处理后的信号。缓冲串口１ＰＭＳＴ寄存器中的ＯＶＬＹ，ＤＲＯＭ位灵活设置。数据区ｏｏＨ～５ＦＨ为存储器映射寄存器，６０Ｈ～７ＦＨ为双寻址ＲＡＭ（ＤＡＲＡＭ），８０Ｈ～１ＦＦＦＨ为ＤＡＲＡＭ，２０００Ｈ～７ＦＦＦＨ为单寻址ＲＡＭ（ＳＡＲＡＭ）。当ＤＡＲＯＭ＝ｌ时，内部的ＣｏｏｏＨ～７ＦＦＦＨ同时被映射为数据区。ＡＤ５０Ｃ内部集成１６位的Ｄ／Ａ和Ａ／Ｄ转换器，采样速率最高可达２２．０５ｋｂ／ｓ，其采样速率正

7、＝ＭＣＬＫ／（１２８×Ｎ）或ＭＣＬＫ／（５１２×Ｎ），Ｎ由ＤＳＰ设置ＡＤ５０Ｃ寄存器４，当Ｎ—ｌ时满足环境监测分析仪器数据采集速度，采集的数据存储在收稿日期：２００７一０６一０７３０　万方数据（ＭＣＢＳＰｌ）与单片机Ｐ１口相连完成单片机控制ＤＳＰ的作用。具体ＢＤＲｌ，ＢＣＬＫＲｌ，ＢＦＳＲｌ通过一个电压转换芯片ＣＵ２４５Ａ与外部数据、时钟、帧同步脉冲相连。具体将单片机的Ｐ１．Ｏ口与数据信号（ＢＤＲｌ）相连，Ｐ１．１口与时钟信号口（ＢＣＬＫＲｌ）相连，Ｐ１．２口与帧同步信号（ＢＦＳＲｌ）相连。在这个最小系统中引入ＦＬＡＳＨ芯片的目的是让ＤＳＰ最

8、小系统完全脱离仿真器单独运行。ＦＬＡＳＨ芯片的ＣＥ片选信号与ＤＳＰ５０００的ＤＳ引脚相连。ＦＬＡＳＨ的数据线Ａｏ～Ａ１６与ＤＳＰ５０００的ＡＯ～Ａ１６