【正文】 采集控制及驅動設計等。系統(tǒng)的軟件和硬件分別調試完成后，就可以將軟件脫離開發(fā)系統(tǒng)而直接在應用系統(tǒng)上運行。有的系統(tǒng)的輸入信號本身就是一個數字信號，顯然不必再進行模數變換了。抗混疊濾 波輸入A/DDSP芯片D/A平滑輸出輸出圖11典型的DSP應用系統(tǒng)輸入信號首先進行帶限濾波抽樣，然后進行AD轉換把模擬信號變換成數字信號。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[5]。USB是一些PC大廠商如Microsoft、Intel等為了結局日益增加的PC外設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準，自1995年在Comdex上亮相以來至今廣泛地為各PC廠家所支持。隨著計算機和信息產業(yè)的告訴發(fā)展，特別是數字信號處理器的誕生與快速發(fā)展，使各種數字信號處理算法得以實施實現(xiàn)，使得數字信號處理學科在理論和方法上都獲得了迅速發(fā)展。20世紀60年代以來，數字信號處理器(Digital Signal Processing,DSP)日漸成為一項成熟的技術,，數字信號處理技術與設備具有靈活、精確、抗干擾能力強、設備尺寸小、速度快、性能穩(wěn)定和易于升級等優(yōu)點,所以目前大多設備采用數字技術設計實現(xiàn)[1]。data acquisition。由于需要采集處理的圖像數據量較大，F(xiàn)2812內部的存儲資源無法滿足要求，本文結合DSP芯片存儲結構的特點，給出了擴展片外存儲器的接口設計方案。根據系統(tǒng)的結構與功能要求，經過兩種方案的比較，決定選用DSP芯片自帶的AD模塊作為系統(tǒng)的模數轉換模塊。本文設計的數據采集處理系統(tǒng)采用TMS320F2812作為核心處理器完成對模擬信號的采集和處理。xx大學學士學位論文基于DSP數據采集系統(tǒng)的設計摘要隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數字信號處理已經成為高速實時處理的一項關鍵技術，廣泛應用在語音識別、智能檢測、工業(yè)控制等各個領域。這款DSP有豐富的片內外設，用它作為處理器進行電路設計，可以使電路結構設計簡單，成本低廉、開發(fā)周期較短。經過試驗結果檢驗，F(xiàn)2812內部模數轉換器精度能滿足系統(tǒng)的要求，本文還提出了提高轉換精度、消除干擾的一些措施。此外，本文還給出了系統(tǒng)的主要流程圖，并詳細敘述了系統(tǒng)的軟件設計和實現(xiàn)過程，包括系統(tǒng)的初始化，數據采集，模數轉換模塊，數據處理算法，數據通信及代碼優(yōu)化等。USBKey words:DSP,data acquisition,image processing不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 II 目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題提出的背景和意義 1 DSP系統(tǒng)的構成及設計過程 2 課題研究的內容 3 論文的章節(jié)安排 3第2章 系統(tǒng)的實現(xiàn)方案 5 采集處理系統(tǒng)分析 5 系統(tǒng)的器件選型 6 微處理器的選型 6 串型接口的選型 9 存儲器的選型 10 其他器件的選型 10 本章小結 11第3章 系統(tǒng)的硬件設計 12 系統(tǒng)的前端數據采集 12 采用ADS8364作采集芯片 12 采用F2812自帶的ADC模塊 13 DSP的外圍電路設計 15 電源電路 15 時鐘電路 16 復位電路 18 JTAG電路設計 19 F2812與存儲器的接口設計 20 F2812存儲資源分配情況 20 外擴存儲器接口設計 22 F2812與68013的接口設計 23 本章小結 24第4章 系統(tǒng)的軟件設計 25 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境 25 CCS開發(fā)環(huán)境 25 USB的固件開發(fā)環(huán)境 26 DSP部分的軟件設計 26 系統(tǒng)的初始化程序設計 28 A/D轉換部分的軟件實現(xiàn) 29 SCI部分軟件設計 31 DSP與USB通信部分的軟件控制程序 32 命令文件的編寫及程序的優(yōu)化 33 USB部分的軟件設計 35 本章小結 36結論 37致謝 38參考文獻 39附錄A 41附錄B 45千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。數據采集是獲取信息的基本手段，數據采集技術作為信息科學的一個重要分支，與傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術為基礎而形成的一門綜合應用技術，它研究數據的采集、存儲、處理及控制等作業(yè)，具有很強的實用性。由于DSP 具有豐富的硬件資源，改進的并行結構、告訴數據處理能力和強大的指令系統(tǒng)，它已經成為世界半導體產業(yè)中緊隨微處理器與微控制器之后的又一個熱點，在通信、航空、航天、國防、工業(yè)控制、網絡及家用電器領域得到了廣泛的應用?，F(xiàn)在生產的PC幾乎都配備了USB接口，Microsoft的Window9NT以及Linux、FreeBSD等流行操作都增加了對USB的支持。（低速）、12MB/S(全速)和高達480MB/S()的數據傳輸速率，扣除用于總線狀態(tài)、控制和錯誤監(jiān)測等數據傳輸，遠高于一般的串行總線接口。根據耐奎斯抽樣定理，為保持信息不丟失，抽樣頻率必須至少輸入帶限信號最高頻率的2倍。圖12 DSP系統(tǒng)的設計流程一個數字信號處理系統(tǒng)是電子技術、信號處理技術和計算機技術相結合的產物，系統(tǒng)設計通常分為信號處理部分和非信號處理部分。當然，DSP系統(tǒng)的開發(fā)，特別是軟件開發(fā)是一個需要反復進行的過程，雖然通過算法模擬基本上可以知道實時系統(tǒng)的性能，但實際上模擬環(huán)境不可能做到與實時系統(tǒng)環(huán)境完全一致，而且將模擬算法移植到實時系統(tǒng)時必須考慮算法是否能夠實時運行的問題。本文的研究主要包括以下幾個方面：1．對DSP技術進行廣泛的學習和研究，了解各系列的DSP的結構及用途，根據課題需要選擇高性價比的主處理器，本課題選擇TI公司的TMS320F2812作為主處理器，熟悉該款數字處理器的結構、外設及各個模塊的功能和各個寄存器的作用及構造。 論文的章節(jié)安排本論文共分為四章，各章的內容安排如下： 第一章概述了課題“基于DSP的數據采集處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)”的提出和意義，并對所要研究的內容進行了總結。第2章 系統(tǒng)的實現(xiàn)方案 采集處理系統(tǒng)分析本數據采集處理系統(tǒng)采用內部有模數轉換起的DSP作為主處理器，這是一種結構簡單、功能強大、經濟實用的多通道高速數據采集處理系統(tǒng)，不僅具有數據采集與傳輸功能，同時具有運動控制功能。這是一款32位DSP芯片，它的體系結構是專為實時控制及實時信號處理而設計，其所配置的片內外設為本系統(tǒng)提供了一個理想的解決方案。根據系統(tǒng)各部分的功能的不同，可將系統(tǒng)分為輸入信號調理模塊、數字信號處理模塊和USB模塊。 系統(tǒng)的器件選型本系統(tǒng)設計的目的在于開發(fā)體積小、成本低的采集處理系統(tǒng)。與目前普遍采用的單片機相比，DSP具有較高的集成度并具有更快的運行速度，DSP器件比16位單片機單指令執(zhí)行時間快8~10倍，在乘法處理上，DSP的優(yōu)勢更為明顯，完成一次乘累加運算快16~30倍。隨著信息技術的不斷發(fā)展DSP必將得到更加廣泛的應用。而DSP內部采用的哈佛（Harvard）結構，它在片內至少有四套總線；程序地址總線、程序數據總線、數據的地址總線和數據的數據總線。在執(zhí)行本條指令的同時，下面的指令已依次完成取操作數、解碼、去指令操作，從而在不提高時鐘頻率的條件下減少了每條指令的執(zhí)行時間。而DSP器件配有獨立的乘法器和加法器，單個周期可以完成相乘、累加倆個運算，大大提高了運算效率。隨著微電子技術的發(fā)展以近RISC設計思想在DSP芯片設計和生產中的全面體現(xiàn)，工作頻率將繼續(xù)提高，指令周期進一步縮短。器件上集成了多種先進的外設，代碼和指令與F24x系列數字信號的處理器完全兼容。4．豐富的片內外設：178。 一個高速同步串行口SPI（Serial Peripheral Interface）；178。 (仿真接口)；5．三個外部中斷，可擴展的外設中斷模塊支持45個外設中斷源。另外F2812芯片采用典型的哈佛結構，片內有六條獨立、并行的數據和地址總線，極大地提高了系統(tǒng)的數據吞吐能力；同時精的指令系統(tǒng)；系統(tǒng)采用高性能靜態(tài)CMOS技術，功耗非常低。模數轉換單元的模擬電路包括前向模擬多路復用開關(MUXs)、采樣/保持(S/H)電路、變換內核、電壓參考以及其他模擬輔助電路。若F2812芯片自帶的ADC模塊無法達到系統(tǒng)所要求的精度，則要采用外擴模數轉換芯片的方案，而本系統(tǒng)對采樣精度要求達到8位即可，F(xiàn)2812芯片能夠滿足系統(tǒng)要求，在第三章第一節(jié)有詳細的介紹。Play）等優(yōu)點，已逐漸成為現(xiàn)代數據傳輸的發(fā)展趨勢[5][12]。兩種方法各有利弊：前者投資小，可利用普通單片機開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)外設應用程序，其優(yōu)點是開發(fā)者熟悉這些通用微控制器的結構和指令集，相關資料豐富，易于進行開發(fā)。在芯片上集成USB收發(fā)器（USB Transceiver），串行接口引擎（Serial Interface Engine，SIE），CPU（增強型8051微控制器）和一個通用可編程GPIF接口（General Programmable Interface，GPIF）[13]。該芯片有2種接口方式，設計時采用的是Slave FIFO方式，外部控制器（F2812）可以向對普通FIFO一樣對FX2的多層緩沖FIFO進行讀寫。但這種ROM是無用的，所以DSP處理系統(tǒng)中除了DSP芯片以外，另外不可缺少的器件就是存儲器。存儲器的速度是用存儲器訪問時間來衡量的，訪問時間就是指存儲器接收到穩(wěn)定的地址出入到操作完成的時間，比如在讀出時，存儲器往數據總線上輸出數據就是操作結束的標志。綜合系統(tǒng)需求和上述要點，數據緩沖采用ISSI公司16M大容量RAM器件IS61LV51216[17]。考慮到系統(tǒng)的低功耗以及F2812芯片的CPU核和I/O外設上電順序的不同，本文選用了TI公司的芯片TPS75733[18]和TPS76801[19]作為整個系統(tǒng)的供電電源，將電路板外接的+5V轉換成+、+12V和+5V由外電源提供，這里選用開關電源。下面我們分別介紹兩種方案。EA0~EA2用來控制ADS8364的A0~A2，而EA15則用來通過反相器發(fā)送片選信號。ADS8364的6個模擬輸入分為三組（A、B和C），每個輸入端都有一個ADC保持信號來保證幾個通道能同時進行采樣和轉換[21]。當ADS8364的/HOLDX（X為A、B或C）保持至少20ms的低電平時，轉換開始。當ADS8364采用5MHz的外部時鐘來控制轉換時，它的采樣率是250KHz，同時對應于4us的最大吞吐率，這樣采樣和轉換公需花費20個時鐘周期，另外，當外部時鐘采用5Mhz時。F2812的ADC模塊的功能框圖如圖32所示。ADC模塊主要包括以下特點：1．12位模數轉換模塊ADC。5．快速轉換時間，ADC時鐘可以配置為25MHZ，最高采樣帶寬為。3}。10．排序器可工作在“啟動/停止”模式，允許多個按時間排序的觸發(fā)源同步轉換。如圖34 DSP的電源供電電路。此外為了方便觀察電源的通斷，在電源的輸入端設置了電源指示燈LED，在+5V電源輸入時二極管LED將發(fā)光[1819]。模擬電源和數字電源之間可用電容隔開。 時鐘電路DSP和其他的微處理器一樣，需要晶振才能工作，F(xiàn)2812芯片內含一個機遇可編程PLL（Programmable PhaseLocked Loop）的時鐘模塊，該模塊為芯片提供了所有必要的時鐘信號，還提供了低功耗方式的控制入口，PLL具有4位比例控制，用來選擇不同的CPU時鐘速率。表31 PLL（鎖相環(huán)）倍頻系數選擇PLLCR寄存器第3~0位系統(tǒng)的時鐘頻率0000CLKIN=OSCCLK/20001CLKIN=（OSCCLK*）/20010CLKIN=（OSCCLK*）/20011CLKIN=（OSCCLK*）/20100CLKIN=（OSCCLK*）/20101CLKIN=（OSCCLK*）/20110CLKIN=（OSCCLK*）/20111CLKIN=（OSCCLK*）/21000CLKIN=（OSCCLK*）/21001CLKIN=（OSCCLK*）/21010CLKIN=（OSCCLK*）/2……保留利用DSP內部的PLL鎖相環(huán)，30MHz頻率 輸入，利用PLL倍頻至150M這里設置PLLCR的3，2，1，0位為1010，利用公式時鐘輸入CLKIN=（OSCCLK）/2，可驗證得到CLKIN=150MHz，最好等于F2812芯片的最高主頻。它有一個片內鎖相環(huán)（PLL）電路，利用PLL可以把24MHz振蕩器頻率倍頻至480MHz供收發(fā)器使用。 復位電路復位電路在系統(tǒng)的電路設計中是非常重要的。原理如下：當按鈕SW1按下時，電容C上的電荷將通過按鈕串聯(lián)的電阻R53放走，使電容C上的壓降為0，XRS為低電平，系統(tǒng)復位器件終止運行，PC指向地址0x3FFFC0；當按鈕松開時，充電完成后，XRS置為高電平，復位結束，實現(xiàn)了手動復位，程序從PC所指出的位置開始運行，復位電路的電阻不恩能夠太大，否則電流達不到要求，復位失敗。復位程序引導（boot）完成后，用戶需要重新初始化PIE中斷向量表，應用程序使能PIE中斷向量表，中斷將從PIE向量表中獲取向量。圖36 系統(tǒng)的復位電路 JTAG電路設計同單片機的應用系統(tǒng)一樣，一個完成的DSP應用系統(tǒng)必須具有仿真器的標準接口，用戶可以通過PC調試、下載應用軟件到指定的應用板。如圖 37 是F2812的JTAG接口電路。圖37 JTAG接口電路設計 F2812與存儲器的接口設計對DSP內部存儲器資源進行必要的了解后，才能正確地利用它的強大功能。將固化程序到Flash存儲器后，在上電運行時實現(xiàn)程序搬移到內部存儲器中，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。每個空間的長度都是1K字，其中M0映射到0x00 0000~0x00 03FF空間，M1映射到到0x00 0400~0x00 07FF空間。每個模塊都能獨立訪問，而且每個模塊都能映射到程序和數據空間[9]。用戶可以選擇從內部FLASH存儲器引導程序，也可以根據需要建立自己的引導程序，使用Zone7空間進行程序引導，將程序存放在外部空