基于DSP的高速数据采集与处理系统

摘 要： 提出了一种基于DSP的高速数据采集系统的设计方案，对其中高速A/D、高速缓存、DSP控制以及数据通讯接口等内容进行了讨论，提出了更为有效的同步控制方式。该设计方案电路简单、可进行多通道扩展、具有一定的通用性。
关键词： DSP 高速A/D FIFO 异步串行通讯

1 同步与过程控制
在通常的数据采集系统中，测量过程是通过对A/D变换器的控制来实现的。但对于一个高速采集系统而言，这种方法有局限性。因为高速A/D建立稳定的工作状态需要相当长时间，频繁的改变A/D的工作状态会影响测量的，严重时会造成信号的失真。
在本设计方案中，同步命令并不直接作用于高速A/D。自通电时起，A/D和时钟电路始终处于工作状态，同步命令通过对高速FIFO的写入端的控制，即允许或禁止对FIFO写入，实现对采样数据的取舍。与A/D相比，高速FIFO的写有效时间为3ns，对同步和过程控制更为有利。
完整的测量过程是从DSP发出同步命令开始的。同步命令一方面触发发射机工作，另一方面允许对FIFO写入，对采样的数据进行存储。当存储的数据到达预定的数量时，FIFO的特定状态位置位，引发DSP外部中断。在中断服务程序中，DSP禁止对FIFO写入、中断数据的存储，同时复位该状态位。然后读取数据，待完成数据处理过程之后，DSP对FIFO复位清零。此即完成测量。

3 高速缓存FIFO
高速缓存是系统中的一个关键环节，根据系统的需求我们选用CY7C4245。
CY7C4245是高速、低功耗4K×18 FIFO存储器，读写周期为10ns，具有独立的18位输入、输出接口和读、写时钟信号，可以实现同步读写操作。CY7C4245提供五种状态指示：Empty、Almost Empty、Half Full、Almost Full、Full，分别代表当前数据存储的深度。其中Almost Empty和Almost Full为可编程空满状态位，可根据系统的需求对存储进行设定。FIFO的状态信息代表了已采样的点数，当采样点数达到预期的数量时，相应的状态位置位，触发DSP的外部中断，中止测量过程，由DSP读取数据进行处理。

4 DSP处理器
4.1 TMS320F206的特点
DSP是整个采集系统的，本文中选用 TMS320F206。该产品属于TI公司采用CMOS集成电路技术生产的TMS320C2XX系列，设计结构及其汇编指令集与TMS320C5X相兼容，其主要特点如下：
(1)运算速度可以达到40MIPS；
(2)4.5K片内RAM和32K片内FLASH存储器；
(3)32位算术逻辑单元和32位累加器；
(4)16位地址总线和16位数据总线；
(5)具有一个异步串行通讯接口和一个同步串行通讯接口，异步串行口具有波特率自动检测功能；
(6)价格低廉。
4.2 数字信号处理
数字信号处理是DSP应用的主要方面。DSP所提供的数学运算能力和运算速度远远高于单片机，具有更为丰富的指令集和更大的内存空间，可以实现较为复杂的数学算法。
DSP首先要完成数制转换，AD9432的量程为
-500mV～+500mV。对于负电平，采样数据以二进制补码的形式输出，需将12位补码转换为16位二进制整数；更为重要的是DSP要实现系统所要求的数字信号处理算法，如快速维纳滤波、FFT等。

5.3 串行通信软件设计
为了提高效率，数据的发送和接收均采用中断方式，串行通讯波特率为57600，汇编程序代码如下：
串行口初始化：
setc INTM ；禁止所有中断
splk #0ffffh ifr ；清中断
splk #0000h 60h
out 60h wsgr ；清等待状态
splk #0c180h 61h
out 61h aspcr ；复位异步串口，设发送、接收
中断，一个停止位
splk #0e180h 61h
out 61h aspcr ；配置异步串口
splk #4fffh 62h
out 62h iosr ；复位异步串口各状态标志
splk #002Bh 63h
out 63h brd ；设波特率为57600
splk #020h imr ；允许异步串行中断
mar arl
lar arl #rxbuf ；设缓冲区指针
mar ar0
lar ar0 #size ；设缓冲区大小

发送中断服务程序：
．．．．．．．．．．
splk #0ffffh ifr ；关中断
out + adtr ；发送数据
mar ar0 ；发送计数
banz skip arl ；若仍有数据，发送
缓冲区指针加１
skip splk #0020h ifr ；允许中断
clrc INTM ；清中断
ret
接收中断服务子程序：
．．．．．．．．．．．．
splk #0ffffh ifr ；关中断
in 68h iosr
bit 68h 7
bcnd skip ntc ；检测接收标志位
in adtr ；读数据
mar ar0
banz skip arl ；接收数据计数
．．．．．．．．．．．．
skip splk #0020h ifr ；开中断
clrc INTM
ret
其中ifr为中断标志寄存器；aspcr为异步串行口控制寄存器；imr为中断屏蔽寄存器；iosr为i/o状态寄存器；wsgr为等待状态寄存器。