【正文】 technology problems and difficulties in the system design and implement way of all kinds of function units is also introduced and analyzed in this paper. The data acquisition and processing system pletes acquisition and processing to the analog signals and control of the machine using the chip of this chip has abundant of peripheral,we can have a simple circuit architecture,a lowcost and a short development time by using choose USB(Universal Serial Bus) as the munication interface of DSP and the puter which can fulfill up datatransfer and the control to acquisitioned and processed data is transferred to PC through the USB and dealed with by the top software. According to the system’s need,we choose the analog to digital unit inside DSP asthe system’s through the pare of two design themes,which is proved to meet theneed of the system totally through the results of methods are also bringedforward to improve to the precision of the internal A/D converter and remove theelectric ,we use simultaneous sampling mode and cascadedsequencer mode to improve the acquisition and convert speed. As for the order of electrifying for core professorTMS320F2812,it’s CPU is electrified earlier than the I/O peripherals which is different from at thisproblem,a power supply design method has been brought forward,which solves theorder of the large amount of image data that requires to be processed,the inter memory resources of F2812 can’t meet the for this point,this theme extends the outside memory according to the internal memory characters of the DSP chip. In addition,this theme gives the flow chart of the main program and the detail methods about the system’s software design and implement,including system’s initialization,data acquisition,analog to digital converter unit,data processing,data munication and code development flow of USB firmware is also introduced in this theme. Key words DSP。 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。 由于本文所用的核心處理器 TMS320F2812 上電順序與其它 DSP 不同， CPU核先上電 I/O 外設(shè)后上電，針對這一問題，本文給出了一種電源供電設(shè)計(jì)方案，解決了上電順序的問題。經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)， 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。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。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。本文闡述了一種基于數(shù)字信號處理器的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方法，分析了該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中需要解決的一些技術(shù)問題和難點(diǎn)，并對系統(tǒng)各部分功能的實(shí)現(xiàn)方法作出了詳細(xì)的分析和介紹。xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 基于 DSP 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 隨著計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)處理的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應(yīng)用在語音識別、智能檢測、工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域。很多要求對快速處理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，選用 DSP(數(shù)字信號處理器 )作為核心處理器。 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。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。 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。在采集速度方面，系 統(tǒng)采用級聯(lián)同步采樣方式對信號進(jìn)行采集，采集轉(zhuǎn)換速度可以大大提高。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(diǎn)，給出了擴(kuò)展片外存儲器的接口設(shè)計(jì)方案。并詳細(xì)介紹了作為通信接口的 USB 固件的開發(fā)流程。data acquisition。 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]。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。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。 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]。 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。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)。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] 。 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。 圖 11 典型的 DSP 應(yīng)用系統(tǒng) 輸入信號首先進(jìn)行帶限濾波抽樣，然后進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換把模擬信號變換成數(shù)字信號。圖 11 給出的 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)模型是一個(gè)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。有的系統(tǒng)的輸入 信號本身就是一個(gè)數(shù)字信號，顯然不必再進(jìn)行模數(shù)變換了。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(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)顯示和傳輸?shù)龋切盘柼幚聿糠謩t包括電源、結(jié)構(gòu)、可靠性和可維護(hù)性等。系統(tǒng)的軟件和硬件分別調(diào)試完成后，就可以將軟件脫離開發(fā)系統(tǒng)而直接在應(yīng)用系統(tǒng)上運(yùn)行。如果算法運(yùn)算太大不能在硬件上實(shí)時(shí)運(yùn)行，則必須重新修改過簡化算法。這 些 核心包括 DSP、USB、存儲器等，研究的主要內(nèi)容在硬件上主要為核心組件的接口設(shè)計(jì)，軟件上包括數(shù)字信號處理算法、采集控制及驅(qū)動設(shè)計(jì)等。 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(shè)引腳，熟悉 USB 固件程序進(jìn)行調(diào)試。 4 ． 在 TI 公司的 Code Composer Studio for C2020 （ ccs ）下對TMS320F2812 進(jìn)行軟件仿真，熟悉 CCS 的開發(fā)環(huán)境，在內(nèi)部 進(jìn)行一些算法調(diào)試工作。 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(shè)計(jì)方案，闡述了系統(tǒng)的工作原理，并根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)要求對核心處理器及外圍器件的選型進(jìn)行了分析。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第四章介紹了系統(tǒng)的軟件流程圖，并分成 DSP 設(shè)計(jì)和 USB 設(shè)計(jì)倆大部分對系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了分析，并對 DSP 初始化以及 DSP 和 USB 的接口軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。它由機(jī)械運(yùn)動、傳感器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)部分組成。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合目前市場使用情況，本系統(tǒng)選用 TI 公司新近推出的專門用于控制領(lǐng)域的 TMS320F2812。其中它的通用 12 位 16 通路 A/D 電路、定時(shí)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(shè)為 DSP應(yīng)用于智能測控、電機(jī)控制、電力電子技術(shù)等領(lǐng)域提供了豐富的資源。系統(tǒng)的工作流程為：本數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)通過 USB 接口接受 PC 機(jī)命令，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸；啟動步電機(jī)控制傳感器采集數(shù)據(jù)然后變?yōu)殡娦盘?；?經(jīng)過信號調(diào)理達(dá)到 DSP 的輸入電壓標(biāo)準(zhǔn)后，使用 F2812 芯片內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ ADC）進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及 A/D 轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)預(yù)先存儲到片外的 RAM中，再經(jīng) DSP 進(jìn)行前端的數(shù)字信號處理后，通過 USB 總線傳給上位機(jī)，并在上位機(jī)上進(jìn)行存儲、顯示和分析。期中輸入信號調(diào)理模塊主要是對被采集的模擬信號進(jìn)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(jìn)電機(jī) 電源 SRAM USB 上位機(jī) 信號調(diào)理 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 塊是對輸入的電信號進(jìn)行采集和處理，主要由 DSP 和一些必要的 外設(shè)組成，DSP 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集及一些實(shí)時(shí)處理，同時(shí)要完成系統(tǒng)的邏輯和時(shí)序控制； USB模塊則將 DSP 處理完的結(jié)果傳送到上位機(jī)上去進(jìn)行顯示、計(jì)算和分析。該系統(tǒng)要求采樣的精度到 8位數(shù)字量，用 F2812 自帶的 ADC 模塊就可達(dá)到很好的效果，省去了專用的ADC 芯片，使系統(tǒng)的時(shí)序控制變得簡單，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，也節(jié)約了成本 。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。 DSP 與單片機(jī)、傳統(tǒng)的通用微處理器相比具有很大的優(yōu)越性。這一性能決定了 DSP 的應(yīng)用領(lǐng)域主 要集中在較復(fù)雜的算法處理中，如：數(shù)字圖象處理、數(shù)字語音編碼等領(lǐng)域 ，而單片機(jī)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]。 DSP 芯片是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理技術(shù)的硬件支持，是數(shù)字信號處理技術(shù)與數(shù)字信號處理應(yīng)用之間的橋梁和紐帶，隨著全球集成電路事業(yè)的發(fā)展，美國的 TI 公司成為世界上最大的 DSP 芯片供應(yīng)商，其 DSP 市場份額占全世界份額近 50%，其 DSP 產(chǎn)品根據(jù)功能氛圍 三個(gè)系列 TMS320C2020 系列， TMS320C5000 系列，TMS320C6000 系列，本系統(tǒng)選用的就是 TI 的 2020 系列的 TMS320F2812 芯片。通用 DSP 芯片一般具有如下主要特點(diǎn) [810]： 1． 多總線結(jié)構(gòu)。諾伊曼結(jié)構(gòu)的，其取指令、取數(shù)據(jù)都是通過同一條總線完成的，因此必須分時(shí)進(jìn)行，在高速運(yùn)算時(shí)，往往傳輸通道上會出現(xiàn)瓶頸效應(yīng)。這中分離的程序和數(shù)據(jù)總線，可允許同時(shí)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(shí)對數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行尋址。在改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，大多數(shù) DSP 芯片又引入了流水線操作以減少每條指令的執(zhí)行時(shí)間，從而進(jìn)一步增強(qiáng)處理器的楚劇處理能力。