基于DSP和USB技术的数据采集与处理系统

2019-08-02 16:13发布

 1 引言
  采用DSP(数字信号处理器)作为控制器,而采用USB(通用串行总线)和上位机相连接将是数据采集处理系统的一种可能的发展趋势。
  1.1 数字信号处理器DSP
  DSP芯片,又称为数字信号处理器,是一种特别适用于进行实时数字信号处理的微处理器,采用它能满足系统计算量大的要求。它的主要特点是:(1)它内部采用的是程序空间和数据空间分开的哈佛结构,允许同时取指令和取操作数;(2)芯片内多采用分离的总线结构,这样可保证一个极其周期内可以多次访问程序空间和数据空间;(3)采用流水线结构,在程序运行中取指、译码、取操作数和执行阶段是重叠的;(4)芯片内部一般都包括多个处理单元,它们可以在一个指令周期内同时进行运算;(5)DSP数字系统中设置了一些特殊的DSP指令,能更好地满足数字信号处理应用的需要;(6)指令周期短,如TMS320F240 的指令周期可达50ns;(7)硬件配置强,接口功能强,片内具有串行口、主机接口、DMA控制器、锁相环时钟产生器和在片仿真测试访问口等。DSP芯片的这些特点,使其在各个领域得到越来越广泛的应用。
  1.2 通用串行总线USB
  USB(通用串行总线)协议是一些PC大厂商为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽之间的矛盾而制定的一种串行通信标准。USB接口是一个快速的、双向的、同步的、低成本的、动态的串行连接接口,支持主机和并发存取外设之间的数据交换。所连的外设通过主机调度和基于令牌的协议共享USB带宽。USB 的主要优点有:(1)速度快;(2)设备配置和安装容易。所有的USB设备支持热拔插,系统对其进行自动配置;(3)能够采用总线供电;(4)易于扩展; (5)使用灵活,USB共有4种传输模式:控制传输、同步传输、中断传输、块传输,以适用不同的设备的需要;(5)容错性强,USB协议规定了对各种可能遇到的错误的处理和恢复机制,保证了数据传输的正确性,同时,对设备的热拔插处理迅速且不影响系统的正常工作;(6)实现成本低,USB对系统与PC的集成进行了优化,适合于开发低成本的外设。由于这些优点,USB的应用范围很广。
  下面本文将介绍一个具体的基于DSP和USB技术的数字采集与处理系统给水泵运行状态监测系统。本系统需要对给水泵运行过程中的过程量和机械量进行采集,需要对振动信号进行处理,下面分别介绍系统的工作原理、总体设计、硬件设计和软件设计。
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8条回答
wangdezhi
2019-08-03 12:51
  4 系统软件设计
  本系统采用C和汇编混合编程,主程序框架采用C语言编制,关键算法(如FIR、FFT等)用汇编语言实现。
  给水泵运行状态监测仪的主要任务是:完成过程量与机械量的采集,滤波,对机械量进行谱分析,将所采集的数据和分析结果上传给PC机,同时,就地简单显示给水泵的运行状态信息等。
  我们把系统设计成前后台系统,也可称作为超循环系统。应用程序是一个无限的循环,循环中调用相应的函数来完成相应的操作,这部分可以看成后台行为。中断服务程序处理异步事件,这部分可以看成前台行为。后台也可以叫做任务级,前台也叫中断级。时间相关性很强的关键操作一定是靠中断程序保证的。
  后台程序完成的功能包括:过程量的采集和滤波,轴振采样周期的确定,并根据采样周期初始化定时器0,FFT变换,将采集的数据和分析后的数据放在发送缓冲区,将待显示的信息写入显示缓冲区,对PC机传下来的命令和数据信息做相应处理。后台程序的流程图如图4所示。

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