基于DSP的高速数据采集系统硬件设计

2011-07-18 17:45:30来源: 互联网
    数据采集系统如今已被广泛使用,涉及工业、商业、交通、信息等各个行业,而在众多平台中,DSP以其高速的运行速度、良好的硬件结构、适合运算的硬件组成等一系列优势。在数据采集系统中独树一帜,适合于数据高速、高精度的采集、处理等领域。
    在一些领域中,系统要求速度快,实时性较好,数据处理精度高,本文以此为原则规划了高速数据采集系统的总体解决方案,采用TI公司出品的TMS320VC5509型DSP芯片+CPLD可控制逻辑作为系统的核心部分。系统主要由4部分组成:DSP最小系统、CPLD模块、信号调理和A/D转换模块、显示模块、上位机系统。系统框架图如图1所示。

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    其中,输入的信号可以是各种形式,可以是音频信号、编码的数字信号、压缩的图像信号,也可以是各种传感器输出的信号。然后经过滤波、放大电路输入到A/D转换器中进行模数转换,最后输入到DSP中进行计算和处理。
    另外,DSP可与上位机进行通讯、数据处理,还可以扩展显示器、键盘等外部设备对系统进行更加方便的操作。
    系统由DSP、电源及复位电路、时钟电路、EMIF总线接口和仿真接口等部分组成,另外可以再外接上CPLD、A/D、显示器、HPI主机接口等外围模块,整个硬件系统便基本完成了。下面将对硬件的各个部分进行选型。

1 DSP芯片的选型
    DSP系统设计中,选择DSP芯片至关重要,只有选择了合适的DSP才能进行下一步的外围电路设计,总的来说,DSP芯片的选型是根据系统需要而确定,主要考虑处理速度、功耗、程序存储器和数据存储器的容量、片内的资源,如定时器的数量、I/O口数量、终端数量、DMA通道数等。
    本文选取TI公司生产的DSP芯片,目前TI公司有3种系列的主流DSP芯片,分别为C2000,C5000,C6000系列,C2000系列的芯片一般应用于控制领域;C5000系列是16位定点,速度为40~200 MIPS,可编程,低功耗和高性能的DSP,主要用于有线或无线通信等;C6000系列是高性能DSP。综合了目前DSP性价比高,功耗低等一些优点,但价格较高。
    综上所述,可以选择TI公司生产的TMS320VC5509芯片作为本系统的DSP芯片。下面简单总结了TMS320CV5509芯片的主要特点:
    1)TMS320VC5509型DSP是一款高性能、低功耗的定点DSP,它的内部总线由1个程序总线、3个数据总线、两个数据写总线组成,这些总线使得DSP可以在一个周期内实现读3个数据和写两个数据的高性能。它的内核电压在时钟频率为200 MHz的时候为1.6 V,管脚电压在2.7~3.3 V的范围内,较低的内核电压和管脚电压实现了DSP的低功耗。
    2)TMS320VC5509型DSP有丰富的片上外设功能,有双通道10 bit的A/D转换器、1个可以访问异步存储器和同步存储器的外部存储接口(EMIF)、3个多通道缓存串口(MCBSP)、USB接口、I2C接口、主从设备(HPI)接口等,丰富的外设和管脚为DSP的扩展外围设备奠定了基础。

2 系统硬件设备选型及设计
2.1 A/D转换模块
    在数据采集系统中,A/D转换模块在系统中是最重要的一部分,它的性能直接影响整个系统的好坏,选择A/D转换器时,主要考虑以下几个方面:分辨率、转换精度、转换时间及转换器的价格等。
    由于本文是针对高速数据采集系统的设计,故综合考虑,选用TI公司的AD转换芯片ADS5422。
    ADS5422是14 bit的最高采样频率可达62 Msps的高速AD转换芯片,采用单-5 V电源供电,在采样频率为10 MHz时其最大动态范围为82 dB,最高信噪比达到72 dB,其数字量输出可以直接和5 V或者3.3 V的CMOS芯片连接,模拟量输入的峰峰值为4 V,可以直接输入0.5~4.5 V的模拟量,封装形式为64脚的扁平四方封装。
    AD可以接受3 V或者5 V的TTL或者CMOS电平。DSP可以为AD转换器提供时钟信号,并且可以软件设置输入时钟的各种特征量,包括时钟频率、高电平宽度等,基本上可以满足AD5422对时钟信号的要求。

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关键字:数字信号处理器  定点DSP  数据采集  TMS320VC5509

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0718/article_2994.html
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