基于DSP的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制

摘    要：本文介紹了基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的虛擬儀器設(shè)計。通過軟、硬件技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)了對多路模擬信號的采集處理，輸出多種波形，充分發(fā)揮了虛擬儀器的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；DSP； USB

引言
隨著計算機技術(shù)的普及，運用高速數(shù)據(jù)處理的場合越來越多。例如，高速數(shù)字信號處理系統(tǒng)、高速圖象信息轉(zhuǎn)換、語音實時處理系統(tǒng)等。本文設(shè)計并實現(xiàn)了基于TMS320C32和USB芯片的一套高速、高精度數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)的DSP負責(zé)數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)通過USB口送到計算機顯示、計算。計算機應(yīng)用程序便于實現(xiàn)豐富的圖形界面，具有良好的人機接口，是一套很實用的虛擬儀器系統(tǒng)。

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
虛擬儀器的硬件部分主要分為數(shù)據(jù)采集和波形發(fā)生器兩大部分。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由TMS320C32 微處理器芯片、USB芯片F(xiàn)X2、ADC芯片ADS8364、DAC芯片DAC7624/25、CPLD、FIFO存儲器及其外圍電路組成。原始信號通過處理變成A/D可以采樣的信號后送入DSP采集系統(tǒng)，DSP系統(tǒng)通過高速、高精度A/D轉(zhuǎn)換器ADS8364對輸入電壓信號進行單通道或多通道的采樣，將16位采樣結(jié)果存儲在雙FIFO存儲器中。當其中一個FIFO存滿，USB系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從該FIFO存儲器中讀出，由收發(fā)器通過數(shù)據(jù)線(D+、D-)送至主機，同時另一個FIFO開始進行存儲。本系統(tǒng)適用于多通道的高速采樣，采樣頻率可以預(yù)置，以適應(yīng)不同頻率的輸入信號。
波形發(fā)生器：信號種類包含正弦波、方波、鋸齒波、三角波。輸出幅值為-2.5V~＋2.5V。當輸出選定波形時，先利用USB口將數(shù)據(jù)從主機中送到雙FIFO進行緩存，DSP進行讀寫控制，將數(shù)據(jù)寫入D/A12位數(shù)據(jù)總線，通過D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓， 經(jīng)電壓放大器進行放大后，達到要求的幅值。輸出波形是通過改變每個周期輸出點的個數(shù)來改變波形的頻率的。通過改變D/A的輸出通道實現(xiàn)對不同設(shè)備進行輸入。
USB與上位機接口：負責(zé)與上位機進行通信。上位機通過USB接口將A/D采樣頻率及通道選擇的預(yù)置數(shù)據(jù)傳送到CPLD，利用CPLD實現(xiàn)對A/D采樣頻率和通道的改變。系統(tǒng)采集和處理后的數(shù)據(jù)通過USB接口送入上位機進行顯示和分析。
使用CPLD和4046來實現(xiàn)A/D采樣頻率的改變，適用于不同頻率的信號。通過預(yù)置分頻器的數(shù)值，可方便地改變采樣頻率，適合于從幾十Hz到250kHz范圍的信號。采樣頻率可以靈活改變，同時也避免了高頻信號對整個系統(tǒng)的干擾。圖1是多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
 
系統(tǒng)的主要組成部分
ADC模塊
該模塊采用的是高速、低功耗、六通道同步采樣的16位ADC ADS8364，適用于噪聲比較大的環(huán)境。每個輸入端都有一個ADC保持信號，用來保證幾個通道能同時進行采樣和轉(zhuǎn)換，可以對單極性或雙極性輸入電壓進行A/D轉(zhuǎn)換。本文采用雙極性輸入方式，輸入電壓可以是