基于DSP﹢CPLD的数据采集系统的设计与实现.pdf

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1、第5期2012年10月机电元件眦CTRoM哐CHAIⅢCALCoM曰0NE】啪rsV01．32N0．50ct．2012基于DSP+CPLD的数据采集系统的设计与实现蓝菲，黄浩(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳550009)摘要：采用美国TI(TexasInstlllments)公司的DSP芯片一‘rMS320VC33作为XX数据采集系统的CPU．运用可编程逻辑器件(CPLD)实现了DSP对A／D和D／A的逻辑操作，通过软硬件的设计，实现多通道集中采样、通讯、L／O控制等功能。关键词：DSP；采集系统；CP

2、LDDoi：10．3969“．issn．1000—6133．2012．05．006中图分类号：TN784文献标识码：A文章编号：1000—6133(2012)05—0025—031引言数字信号处理器(DSP)是在模拟信号变成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器。自从20世纪70年代以来，DSP芯片以其独特的结构和快速实现各种数字信号处理算法的突出优点，发展十分迅速，并在通信雷达、声纳、语音合成和识别、图象处理、影视、高速控制、仪器仪表、医疗设备、家用电器等众多领域获得了广泛的应用。信号采集数据采集系统是

3、计算机系统的一个重要部分，它要求计算精度高、速度快，实时性高，同时吞吐数据量大，对系统的质量、功耗、结构都有比较苛刻的要求。TMs320VC33是德州仪器公司推出的性价比极高的32位浮点型数据信号处理芯片，它的浮点数字信号可达150MFLOPS，能够满足数据精度和处理速度的要求。它还有众多的内部资源，使用2种电源，1．8V的内核电源和3．3V的L／0电源，从而使功耗大大降低，因此从性能、成本、开发工具、开发难度等角度考虑，Vc33都是构建信号采集系统的较好选择。2系统硬件结构如图1所示，整个采集系统由采样A

4、／D模块、D／收稿日期：2012—07—08A输出模块、Rs485通讯模块、电源管理模块、DSP外围扩展FLASH和SRAM模块以及CPLD模块构成。其中，DsP主要负责信号的采集、运算和输出，CPLD主要是根据DsP产生的信号进行相关运算后产生信号控制DsP周围电路；DsP和cPLD共同完成整个系统的控制。图1系统硬件结构框图3硬件设计3．1DSP模块数据采集系统的核心是DsP芯片，本系统的DsP芯片采用TI公司新推出的一种32位的高性能数字信号处理器TMs320VC33。其总线采用哈佛结n㈠⋯⋯㈠26机

5、电元件2012年构，允许数据在程序存储器和数据存储器之间传输。其性能指标较TMs320c3x系列的其他型号有了很大的提高，指令周期分为13ns和17ns两种，在75M主频时运算能力高达150MFLOPs，并且拥有独特的指令结构，硬件的乘、加运算可以采用并行指令，在单周期内可以完成一次整数或浮点数的乘法和ALU操作。拥有4块32位的内部RAM，通过外部扩展总线可以获得高达16M寻址空间。拥有一个独立的DMA通道和一个串行通信端口，为与计算机进行数据交换提供了有利保障。另外，Vc33拥有极低的电源功耗(<200

6、mW)。3．2CPLD模块CPLD选用ⅪUNx公司的Xc95144XL芯片，该芯片是一款高性能的cPLD芯片，包含144个宏单元，3200个门，频率最高达178MI{z。最高达133个L／O口，L／O电平为3．3V，而且能兼容5V和3．3V的电平信号。cPLD可以通过JrI’AG口进行程序的下载和更新，为调试和更新程序提供方便。cPLD主要负责外围电路的控制，协调DsP与外围器件的信号处理及输入、输出的控制。表1CPLD片选地址表3．3A／D采样模块A／D采集电路主要是采集8路模拟信号并进行12位的A／D转

7、换。8通道模拟开关选用ADG508，12位A／D选用ADl674。A／D选用12位双极性转换芯片ADl674，其采样速率为10us，能够转换±5V、±10V、0～10V、0～20V的输入范围。AD的选通信号以及读写转换信号由CPLD输出来控制，根据12位双极性转换的要求，12／8引脚接电源脚，VCC与VEE分别连接+12V、一12V电源。模拟开关的输出经过一个运放隔离(电压跟随)处理后直接连到ADl674的输人端，AD的12位数字信号输出端经电平转换芯片后与DsP连接，由DsP读取数字信号。图2A／D采样电

8、路3．4D／A输出D／A选用AD7545作为D／A转换芯片，芯片的基准电压为10V，由AD584转换后得到；芯片的数据线由DSP经电平转换开关连接；AD7545的片选和读写控制端由CPLD控制。图3DA输出电路3．5l峪一485通讯JS71141型485协议处理器实现双总线上的485协议数据同步串行通讯。该电路集成了Intel8274、8237的部分功能，是xxx信息处理系统总线通讯控制器的核心部件，在设备间的信