【正文】 RAM（ SRAM）， SRAM 與 DSP 連接簡單，能被 DSP 全速訪問 [16]。最終， SIE 傳輸來自或?qū)⒁竭_ USB 接口的數(shù)據(jù)。使其成為 PC 機的外圍設備擴展中應用日益廣泛的接口標準。該模塊有 16 個通道，單通道轉(zhuǎn)換的見是 80ns，故 DSP 的最大采樣速度可達到 。 7． 工作環(huán)境溫度： 40~85 攝式度。DSP 的主要供應商有 TI， ADI， Motorola， Lucent 和 Zilog 等，其中 TI 占有最大的市場份額。硬件乘法器功能是 DSP 實現(xiàn)快速運算的重要保障。世界上最早的微處理器是基于馮 微處理器的選型 目前 的微處理器分為通用處理器、單片機和 DSP 三大類。 圖 21 系統(tǒng)的總體設計 框圖 本系統(tǒng) 是一個高速信號采集處理系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 第三章介紹了采集處理系統(tǒng)的硬件電路設計，包括 DSP 電源電路、 AD 轉(zhuǎn)換模塊、時鐘電路、復位電路、 JTAG 接口、 DSP 外部擴展存儲器的接口電路以及 DSP 和 USB 的接口電路等。 課題研究的內(nèi)容 本課題 研究如何以 DSP（數(shù)字信號處理器）和 USB（通用串行接口）為核心構(gòu)建硬件系統(tǒng)平臺，完成采集處理系統(tǒng)的核心設計。例如語音識別系統(tǒng)在輸出端并不是模擬信號而是識別結(jié)果，如數(shù)字、文字等。作為一種高速總線接口， USB 適用于多種設備，如數(shù)碼相機、 MP播放機、高速數(shù)據(jù)采集設備等。 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等。 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(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。這款 DSP 有豐富的片內(nèi)外設，用它作為處理器進行電路設計，可以使電路結(jié)構(gòu)設計簡單，成 本低廉、開發(fā)周期較短。 本文設計的數(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。由于需要采集處理的圖像數(shù)據(jù)量較大， F2812 內(nèi)部的存儲資源無法滿足要求，本文結(jié)合 DSP 芯片存儲結(jié)構(gòu)的特點，給出了擴展片外存儲器的接口設計方案。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的普及，告訴數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已應用于越來越多的場合 ,如通信、雷達、生物醫(yī)學、機器人 和 語音等領域。與其他通信接口比較， USB 接口的最大特點是易于使用，這也是 USB 的主要設計目標。圖 11 給出的 DSP 應用系統(tǒng)模型是一個典型的模型，并不是所有的 DSP 系統(tǒng)都必須具有模型中的所有部件。如果算法運算太大不能在硬件上實時運行，則必須重新修改過簡化算法。 第二章從全局出發(fā)探討了基于 DSP 的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的總體設計方案，闡述了系統(tǒng)的工作原理，并根據(jù)系統(tǒng)的目標要求對核心處理器及外圍器件的選型進行了分析。其中它的通用 12 位 16 通路 A/D 電路、定時器、脈寬調(diào)制PWM 電路、捕捉器、光電編碼器、串行通信接口、看門夠等片內(nèi)外設為 DSP應用于智能測控、電機控制、電力電子技術(shù)等領域提供了豐富的資源。所以在滿足系統(tǒng)要求的前提下，在器件選擇方面盡可能減少系統(tǒng)資源的冗余，提高系統(tǒng)的集成度。通用 DSP 芯片一般具有如下主要特點 [810]： 1． 多總線結(jié)構(gòu)。 3． 專用硬件乘法器。 DSP 的選型主要考慮處理速度、功耗、程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量、片內(nèi)的資源，如定時器的數(shù)量、 I/O 口的數(shù)量、中斷數(shù)量、 DMA 通道數(shù)等。 6． 功耗低； 128 位的安全密碼。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的數(shù)字電路包括可變成轉(zhuǎn)換序列器、結(jié)果寄存器、與模擬電路的接口、與芯片的外設總線的接口以及其他片上模塊的接口?；?USB 的高速數(shù)據(jù)傳輸充分利用 USB 總線的上述優(yōu)點，有效結(jié)局了傳統(tǒng)總線傳輸?shù)娜毕?。集成?USB 收發(fā)器通過 USB 電纜 D+和 D— 的連接到主機，串行接口引擎進行數(shù)據(jù)的編碼和解碼、完成錯誤檢驗、位填充和其他 USB 需要的信號級任務 [1415]。一個獨立系統(tǒng)必須有 EPROM 或 Flash 等非易性存儲器來存放程序、初始化數(shù)據(jù)等。該芯片是 512K 16bit 的告訴 CMOS 靜態(tài)存儲器，存取速度為 12ns，采用 供電。 采用 ADS8364 作采集芯片 如果系統(tǒng) 要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率保證 12 位以上的話， F2812 芯片內(nèi)置的12 位 A/D 轉(zhuǎn)換模塊無法滿足系統(tǒng)分析的要求，那么必須外接 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 ADS8364 模數(shù)轉(zhuǎn)器中的 6 個 16 位 AD 準換通道可以成對同步工作。因此，為了得到最大 的輸出數(shù)據(jù)率，讀取數(shù)據(jù)可以在下一個轉(zhuǎn)換周期進行。 2．兩個采樣和保持器（ S/H）。 8． 多個觸發(fā)器發(fā)源啟動 ADC 轉(zhuǎn)換（ SOC）。 F2812 芯片需要 I/O（ ）先上電，內(nèi)核（ ）后上電，這與 TI 其它型號 DSP 的上電次序不同，因此在電源電路 的設計中要格外注意。此外選擇 +5V 電源時，要注意電源的質(zhì)量。 在設計時鐘電路和設置時鐘倍頻時，要注意切忌倍頻系數(shù)與外部時鐘源頻率的乘積大于 F2812 的最高主頻 150MHz，否則芯片將不能正常工作。剛剛給芯片上電時， F2812芯片處于復位狀態(tài)。需要注意的是，當器件復位時，總是從向量表中獲取復位向量。 在保證電路設計正確的前提下，還要注意以下幾點： 1．要求安裝仿真器的計算機與 DSP 應用系統(tǒng)可靠共地。 F2812 芯片的 CPU 并不包含任何存儲器，但是可以通過多總線訪問芯片內(nèi)部或外部擴 展的存儲器。在本文設計的系統(tǒng)中將 H0 映射到程序區(qū)， M0、 M1 和 H0 的一部分映射到數(shù)據(jù)區(qū)。 5 個區(qū)中每一個區(qū)還可以用指定的等待 狀態(tài)數(shù)、選通信號建立和保持時間進行編程。引導成功后，通過軟件使能內(nèi)部的 ROM，以便可以訪問存放在 ROM 中的外部空間。復位狀態(tài)下，堆棧指針指向 M1 模塊的起始位置。本系統(tǒng)使用的是 TMS320F2812 芯片，我們先介紹一下該芯片的資源分配狀況和地址空間分配圖，之 后，根據(jù)系統(tǒng)的要求，設計出外擴存儲器的配置方案。 TI DSP 芯片提供上仿真支持，使 CCS 能控制程序的運行并實時監(jiān)視程序的活動。 XRS還是看門狗復位輸出管腳，當看門狗產(chǎn)生復位時， DSP 將該引腳驅(qū)動為低電平，看門狗產(chǎn)生復位期間，低電平將持續(xù) 512 個 XCLKIN 周期。內(nèi)部計數(shù)器把24MHz 的頻率分頻為內(nèi)部 8051 需要的默認的 12MHz 的時鐘頻率。 基于 PLL 的時鐘模塊提供了兩種操作模式，一種是晶振操作，該方式允許使用外部晶振給芯片提供時基；一種是外部震蕩器輸入到 X1/CLKIN 引腳 [11]。 xx 大學學士學位論文 16 GND1/ E N2I N 13N24PG8F B / N C7O U T 26O U T 25T P S 7 6 8 0 11K7 .5 K1K3 .9 KL E D1 .8 VIN2/ E N1F B / P G5OUT4GND3T P S 7 5 7 3 30 .1 u F0 .1 u F 0 .1 u F4 .7 μ F1 0 u F1 0 u F5V3 .3 V 圖 34 DSP 的電源供電電路 在關(guān)于 F2812 供電設計中，有的設計者將電源芯片選用 TPS767D318[23]。 11． 在雙排序模式時， EVA 和 EVB 可以獨立的觸發(fā) SEQ1 和 SEQ2。 xx 大學學士學位論文 14 圖 32 ADC 模塊功能框圖 6． 16 個輸入通道：在一次轉(zhuǎn)換任務中，自動排序功能提供多達 16 個自動轉(zhuǎn)換。 兩個 8 通道模塊能夠自動排序，每個模塊可以通過多路選擇器（ MUX）選擇 8 通道中的任何一個通道。這個低電平可使各個通道的采樣保持放大器同時處于保持狀態(tài)，從而使每個通道同時開始準換。 ADS8364 是高速、低功耗、 6 通道同步采樣的 16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 本章小結(jié) 本章從全局出發(fā)根據(jù)系統(tǒng)設計的要求，探討了基于 DSP的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的總體設計方案，闡述了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作過程，并根據(jù)各個功能模塊特點對主要處理器芯片及外圍芯片的選型進行了分析。存儲器的存儲速度必須要與 CPU 的速度匹配起來。該芯片是一種集成了 USB 協(xié)議的微處理器，它能自動對各種 USB 事件做出響應，以處理 USB 總線上的數(shù)據(jù)傳輸。目前，在國內(nèi)應用較多的 USB 的控制器主要有 National Semiconductor 的 USBN9602 系列、 Philips的 PDIUSBD12 系列、 SCANLOGIC 的 SLUR 系列以及 Cypress 的 FZUSB 系列。 串型接口的選型 計算機 接口方面主要有以下幾種： PCI 總線、 ISA 總線、 RS232 串口、 USB串口等。所以本系統(tǒng)選用 TMS320F2812 作為主處理器，如圖22 是這款芯片的功能框圖。 F28x 系列數(shù)字信號處理器提高了運算精度（ 32 位 ）和系統(tǒng)的處理能力（達到 150MIPS）下面列出 TMS320F2812 的主要特征： 1． 采用高性能靜態(tài) CMOS 技術(shù)，主頻達到 150MHZ（時鐘周期 ）， 核心低電壓設計。 4． 快速的指令周期。這中分離的程序和數(shù)據(jù)總線，可允許同時獲得來自成局存儲器的指令字和來自數(shù)據(jù)存儲器的操作數(shù)而互不干擾，這樣使得其可以同時對數(shù)據(jù)和程序進行尋址。這一性能決定了 DSP 的應用領域主 要集中在較復雜的算法處理中，如：數(shù)字圖象處理、數(shù)字語音編碼等領域 ，而單片機則主要用于工業(yè)控制等對處理速度和處理性能要求較抵的環(huán)境 [7]。期中輸入信號調(diào)理模塊主要是對被采集的模擬信號進行調(diào)理（ 如電平變換和濾波 ） ，以滿足數(shù)字電路對信號的要求；數(shù)字信號處理模傳感器 TMS320F2812 步進電機 電源 SRAM USB 上位機 信號調(diào)理 xx 大學學士學位論文 6 塊是對輸入的電信號進行采集和處理，主要由 DSP 和一些必要的 外設組成，DSP 負責數(shù)據(jù)采集及一些實時處理，同時要完成系統(tǒng)的邏輯和時序控制； USB模塊則將 DSP 處理完的結(jié)果傳送到上位機上去進行顯示、計算和分析。它由機械運動、傳感器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等幾個部分組成。 2． 了解通用串行借口（ USB）的工作原理及通信協(xié)議，選擇合適的 USB接口芯片，本文選用了 CYPRESS 公司的 CY68013A，了解該芯片的功能構(gòu)造及外設引腳，熟悉 USB 固件程序進行調(diào)試。信號處理部分包括系統(tǒng)的輸入和輸出、數(shù)據(jù)的處理、各種算法的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)顯示和傳輸?shù)?，非信號處理部分則包括電源、結(jié)構(gòu)、可靠性和可維護性等。 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成及設計過程 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。 DSP 芯片在 的高速 信號處理方面具有速度快、運算性能好等優(yōu)點，內(nèi)部采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，使得微處理器 的并行處理能力大大增強 [24]。data acquisition。 根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能要求，經(jīng)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(shù)轉(zhuǎn)換模塊。xx 大學學士學位論文 I 基于 DSP 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 摘要 隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理已經(jīng)成為高速實時處理的一項關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應用在語音識別、智能檢測、工業(yè)控制等各個領域。經(jīng)過試驗結(jié)果檢驗， F2812 內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器精度能滿足系統(tǒng)的要求，本文還提出了提高轉(zhuǎn)換精度、消除干擾的一些措施。USB xx 大學學士學位論文 III 目錄 摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................ II 第 1 章 緒論 ................................................................................................................ 1 課題提出的背景和意義 ................................................................................... 1 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成及設計過程 ...................................................