【正文】 基于 F2812 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)采用 TMS320F2812 作為核心處理器完成對模擬信號的采集和處理。這款 DSP 有豐富的片內(nèi)外設(shè)，用它作為處理器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，可以使電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，成本低廉、開發(fā)周期較短。系統(tǒng)選用 USB 作為和上位機(jī)通信的接口，實(shí)現(xiàn)處理數(shù)據(jù)的上傳以及上位機(jī)對 DSP 的控制。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過 DSP 的處理后，通過 USB 上傳到 PC，由上層軟件進(jìn)行進(jìn)一步的處理。 此外，本文還給出了系統(tǒng)的主要流程圖，并詳細(xì)敘述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，包括系統(tǒng)的初始化，數(shù)據(jù)采集，模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理算法，數(shù)據(jù)通信及代碼優(yōu)化等。并詳細(xì)介紹了作為通信接口的 USB 固件的開發(fā)流程。 關(guān)鍵詞： 數(shù)字信號處理器；數(shù)據(jù)采集； USB 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................. 3 論文提出的背景和意義 .............................................................................. 3 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)過程 ...................................................................... 4 論文研究的內(nèi)容 .......................................................................................... 5 論文的章節(jié)安排 .......................................................................................... 5 2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案 ......................................................................................................... 6 采集處理系統(tǒng)分析 ...................................................................................... 6 系統(tǒng)的器件選型 .......................................................................................... 7 微處理器的選型 ................................................................................... 7 串型接口的選型 .............................................................................. 10 存儲器的選型 .................................................................................. 11 其他器件的選型 ................................................................................. 12 本章小結(jié) .................................................................................................... 12 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 12 3. 1 系統(tǒng)的前端數(shù)據(jù)采集 ................................................................................... 12 采用 F2812 自帶的 ADC 模塊 .......................................................... 12 DSP 的外圍電路設(shè)計(jì) ................................................................................ 14 電源電路 ............................................................................................. 14 時(shí)鐘電路 ............................................................................................. 15 復(fù)位電路 ............................................................................................. 17 JTAG 電路設(shè)計(jì) ............................................................................... 18 F2812 與存儲器的接口設(shè)計(jì) ................................................................... 19 F2812 存儲資源分配情況 .............................................................. 19 外擴(kuò)存儲器接口設(shè)計(jì) ......................................................................... 21 F2812 與 68013 的接口設(shè)計(jì) ................................................................... 21 本章小結(jié) .................................................................................................... 22 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 22 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境 ............................................................................................ 22 CCS 開發(fā)環(huán)境 ................................................................................. 22 USB 的固件開發(fā)環(huán)境 ..................................................................... 24 DSP 部分的軟件設(shè)計(jì) .............................................................................. 24 系統(tǒng)的初始化程序設(shè)計(jì) ..................................................................... 26 A/D 轉(zhuǎn)換部分的軟件實(shí)現(xiàn) .............................................................. 27 SCI 部分軟件設(shè)計(jì) .......................................................................... 29 DSP 與 USB 通信部分的軟件控制程序 ........................................ 30 命令文件的編寫及程序的優(yōu)化 ......................................................... 31 USB 部分的軟件設(shè)計(jì) ............................................................................. 33 本章小結(jié) .................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 35 1 緒論 論文提出的背景和意義 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化已廣泛深入地應(yīng)用于現(xiàn)代國防 ,現(xiàn)代科技和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域 .在社會活動和個(gè)人生活中都隨處可見。 20 世紀(jì) 60 年代以來，數(shù)字信號處理器 (Digital Signal Processing,DSP)日漸成為一項(xiàng)成熟的技術(shù) ,并在多項(xiàng)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸替代了傳統(tǒng)模擬信號處理系統(tǒng) .傳統(tǒng)的信號處理系統(tǒng)采用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，處理設(shè)備和控制器采用模擬器件實(shí)現(xiàn) .與之相比，數(shù)字信號處理技術(shù)與設(shè)備具有靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、速度快、性能穩(wěn)定和易于升級等優(yōu)點(diǎn) ,所以目前大多設(shè)備采用數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) [1]。 數(shù)據(jù)采集是獲取信息的基本手段，數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，與傳感器、信號測量與處理、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)，它研究數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理及控制等作業(yè)，具有很強(qiáng)的實(shí)用 性。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，告訴數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已應(yīng)用于越來越多的場合 ,如通信、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器人和語音等領(lǐng)域。 數(shù)字信號處理器 (DSP)是一種特別適合于各種數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器，也是嵌入式處理器的一種．通常，嵌入式處理器包括微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器和單片機(jī)等。隨著計(jì)算機(jī)和信息產(chǎn)業(yè)的告訴發(fā)展，特別是數(shù)字信號處理器的誕生與快速發(fā)展，使各種數(shù)字信號處理算法得以實(shí)施實(shí)現(xiàn)，使得數(shù)字信號處理學(xué)科在理論和方法上都獲得了迅速發(fā)展。由于 DSP 具有豐富的硬件資源，改進(jìn)的并行結(jié)構(gòu)、告訴數(shù)據(jù)處 理能力和強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，它已經(jīng)成為世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中緊隨微處理器與微控制器之后的又一個(gè)熱點(diǎn)，在通信、航空、航天、國防、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)及家用電器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 DSP 芯片在的高速信號處理方面具有速度快、運(yùn)算性能好等優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，使得微處理器 的并行處理能力大大增強(qiáng) [24]。而在計(jì)算機(jī)接口技術(shù)方面，通用串行總線（ Universal Sraial Bus,簡稱 USB）近幾年得到了長足的發(fā)展。 USB 是一些 PC 大廠商如 Microsoft、 Intel 等為了結(jié)局日益增加的 PC 外設(shè)與有限的主板插槽和 端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標(biāo)準(zhǔn)，自 1995年在 Comdex 上亮相以來至今廣泛地為各 PC 廠家所支持?，F(xiàn)在生產(chǎn)的 PC 幾乎都配備了 USB 接口， Microsoft 的 Window9 NT 以及 Linux、 FreeBSD 等流行操作都增加了對 USB 的支持。與其他通信接口比較， USB 接口的最大特點(diǎn)是易于使用，這也是 USB 的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。作為一種高速總線接口， USB 適用于多種設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)、 MP播放機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備等。易于使用還表現(xiàn)在USB 接口支持熱插拔，并且所有的配置過程都由系統(tǒng)自動完成，無需用戶干預(yù)[5]。 USB 接口支持 （低速）、 12MB/S(全速 )和高達(dá) 480MB/S( 規(guī)范 )的數(shù)據(jù)傳輸速率，扣除用于總線狀態(tài)、控制和錯(cuò)誤監(jiān)測等數(shù)據(jù)傳輸， USB 的最大理論傳輸速率仍達(dá) ，遠(yuǎn)高于一般的串行總線接口。 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)過程 DSP 是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的嵌入式微處理器，為了達(dá)到快速數(shù)字信號處理的目的， DSP 芯片一般具有哈佛結(jié)構(gòu)的并行總縣體系、流水線操作功能、快速的中斷處理和硬件 I/O 支持、低開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持、單周期硬件地址產(chǎn)生器、單周期硬件 乘法器以及一套適合數(shù)字信號處理的指令集。如圖 11 所示為一個(gè)典型的 DSP 系統(tǒng)框圖 [4][6]。 圖 11 典型的 DSP 應(yīng)用系