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1、·智能控制、检测技术及应用· 宋宇飞 沈卫康 周云松等 基于DSP和AD976A的高⋯⋯77基于DSP和AD976A的高速数据采集系统设计宋宇飞,沈卫康,周云松,戎红军(南京工程学院通信工程学院,江苏南京 211167)摘要:介绍了数据采集系统的发展状况,分析了高速数据采集系统应满足的性能要求,给出了系统硬件结构图及主要模块电路,说明了系统软件的结构与主要程序流程。使用AD976A为A/D转换芯片,DSP(TMS320C5402)为中央控制芯片,FT245BM为USB2.0通信接口芯片,FLAS
2、H为数据存储芯片,最终完成了高速数据采集系统的设计方案。关键词:DSP;数据采集;USB通信接口;数据存储中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1672-1616(2007)19-0077-04 开放化、高速化和高精度化都是现代信息技术1 功能需求分析的发展趋势和研究热点。数据采集系统是通信技本设计是要实现能对多种信号进行采集的开术和数控技术领域的重要功能模块,应用领域十分放式系统[1,2],主要针对的应用背景是数控机床。广泛。传统的数据采集系统,其中央控制多采用单在数控机床
3、进行精密机械加工时,需要对电动机工片机或中规模数字电路,A/D芯片的采样速率也作电流、转速、转矩、温升及振动情况加以监控。对仅有几k/s到十几k/s。现代数据采集系统要求高以上的各种数据进行监控时,要求在数据采集的时速、高精度及系统上具有数字信号处理功能。传统间上具有相关性。的数据采集系统不完全满足这些要求,所以研究高在数控机床工作过程中,对有关信号的采集需速数据采集系统就显得十分必要。要使用多种传感器,而且传感器的输出须经过调理本次设计的中央控制芯片选用DSP(Digital电路。调理电路将信号
4、调整为系统可接受的标准SignalProcessor,数字信号处理芯片)。DSP具有电压。鉴于此,本次设计主要完成能对标准电压数高速、高精度的运算能力,强大、方便的数据通信能据进行采集的开放式系统。根据开放式采集系统力,灵活、可靠的编程与信号处理能力。设计选用的要求,系统设计需要关注以下问题:的A/D转换芯片是AD公司推出的AD976A,其转a.采样精度与采样速率。换精度是16位,转换速率最高可达200k/s。系统采样精度是数据采集系统首先需要重视的问的核心采用DSP控制AD976A实现高速数据采
5、集题。采样精度与A/D转换芯片的位数直接相关,的功能。系统还需完成必要的数据通信与数据存位数越高精度越高,转换误差由A/D转化芯片最储功能。数据通信是将系统所采集的数据经通信低位的位权值决定。结合A/D转换芯片的性能价接口传给上位机。数据存储是在系统上存储必要格情况,选择16位的A/D转换芯片较为适宜。的数据,防止数据由于系统突然掉电而丢失。另高速数据采集系统对采样速率一般要求达到外,DSP除完成对系统的中央控制外,还可以编写100k/s以上,而且在使用过程中可根据采样数据相关的数字信号处理算法程
6、序。这样就可在系统情况调整采样速率。上方便实现对所采集的数据进行实时的数字信号b.通信接口。处理,而不必增加其他硬件电路。由于使用系统除完成本地的数据采集外,还必须完成将AD976A、DSP等集成度较高的芯片,系统具有高所采集的数据经过通信接口传输给上位机,由上位速、省电、可靠、通用性强等突出优点。机汇总数据并进行分析处理。通信接口要满足传输速度快和方便连接等特点。一般此类通信接收稿日期:2007-08-23基金项目:先进数控技术江苏省高校重点实验室开放基金资助项目(KXJ05014)作者简介:宋
7、宇飞(1979-),男,河北宣化人,南京工程学院助教,硕士,主要从事电子系统设计与数字信号处理的研究工作。782007年10月 中国制造业信息化 第36卷 第19期口选用标准RS232串口。USB2.0接口对比标准码,从而实现对A/D、通信接口、数据FLASH等芯RS232串口的传统方式,具有传输速度快、占用资片的片选信号。DSP对外围芯片进行控制时,控源少及真正的即插即用等优点。若选用USB2.0制总线需要复用,因此也需要CPLD进行译码。[3]接口,系统使用将更加方便。c.数据备份。对于本地数
8、据采集系统,除将数据传输给上位机外,还要在系统中进行必要的数据备份。系统对数据有选择的备份,可以防止由于突然断电或通信故障所造成的数据丢失。数据备份所选用的存储图1 系统整体结构图芯片应满足存储速度快、存储容量大、体积较小的2.2A/D模块设计特点。A/D模块选用AD976A为核心芯片。d.系统控制与信号处理。AD976A是美国AD公司推出的16位A/D转换芯系统CPU要完成对A/D的高速控制、与上位片,其最高转换速率是200k/s,电源电压是5V,允机的数据传输、必要数据的本地备
