重慶大學電氣工程學院(400044)劉和平周小軍

本文利用TI十六位定點DSPTMS320F206和五片四通道同步十二位AD轉換器AD7874構成了實時高速二十通道的同步DSP數據采集系統，充分發揮了DSP強大的數據處理能力，同時將分析結果實時以文本或圖形兩種方式在LCD上顯示出來，收到了較好的效果。
1.概述
TMS320C2XX是TI公司繼TMS320C2X和TMS320C5X之后推出的一種低價格、高性能的十六位定點運算DSP。TMS320C2XX的體系結構設計基于TMS320C5X，它具有以下特點：
（1）增強的TMS320結構設計，改進的哈佛結構，將數據總線和程序總線分開，具有多級流水線。（2）高性能、低功耗的靜態CMOS工藝；運行速度快，執行速度可達40MIPS。（3）高度專業化的指令集，便于優化算法；存貯器資源豐富，可尋址224k存貯空間。（4）豐富的片上外設，包括鎖相環、定時器、同步和異步串行口、通用I/O口等。（5）具有遵循IEEE1149.1標準的片內JTAG仿真接口，可在線對程序進行仿真調試和下載。
本文以TMS320F206為核心，設計并制作了高速多通道的同步數據采集系統。TMS320F206除具有TMS320C2XX的共同特征外，它的最大特點在于片內帶有32k的Flash存貯器，可多次擦寫，為開發程序帶來很大方便。同時，為了對數據進行快速同步采集，利用模擬器件公司的四通道十二位同步AD轉換器AD7874來實現。AD7874是專門針對需要對數據進行同步采集而設計的，片內帶有四個采樣/保持器和一個多路轉換開關，全部四通道的采樣頻率為29kHz，自帶片內參考源。為了將采樣數據顯示出來，利用EDM240128圖形點陣液晶顯示器模塊完成顯示。該模塊采用東芝T6963C作為顯示控制芯片，能與微處理器直接接口，具有片內CGRAM發生器，可管理64kRAM，可以圖形、字符及圖形和字符合成方式進行顯示，還可以實現字符方式下的特征顯示。另外，本系統還帶有RS－485通用串行接口，可以很方便的與其它單片機或PC機通訊。本系統充分利用以上芯片的優點，能實時對二十路信號同步采集，結合DSP強大的數字信號處理功能，對輸入信號進行FFT變換和處理，完成各次諧波分析，并在液晶屏上用字符或圖形兩種方式分別將各路采樣值和變化曲線、頻譜圖等顯示出來。

２.系統結構框圖及工作原理
高速多通道同步DSP數據采集系統的原理框圖如圖一所示。
圖中，五片四通道同步數據采集器AD7874的地址和數據總線均與TMS320F206的地址和數據總對應相連，考慮到F206的驅動能力和系統工作的可靠性及穩定性，在F206的地址和數據總線輸出端加有雙向總線驅動器74LS245，由74LS245來完成外圍擴展芯片的驅動。為了實現AD片間真正的同步采樣，各個AD的啟動由單片機的同一I/O端口來控制，這樣只要F206使該端口有效就可以同時啟動AD，從而實現了二十路輸入的同步采樣。為了避免參考源所引起的誤差，各個AD使用同一AD自帶的內部參考。
TMS320F206內部具有一個十六位的定時器，本系統中利用它來控制采樣的時間間隔，根據預估的采樣和處理時間設定定時器的初值，可滿足等間隔采樣的要求。為簡化地址譯碼電路的設計和增加設計的靈活性，利用GAL16V8可編程器件進行地址譯碼，分別控制AD的啟動、各片采樣值的讀取和選通LCD模塊。
由于液晶顯示模塊EDM240128是八位uP接口的，故只須將TMS320F206的低八位總線與之相連即可。盡管相對快速的DSP而言，EDM240128是一慢速的外設，但TMS320F240內置等待狀態產生器，在CPU讀寫存貯器或端口時，通過增加0～7個等待狀態，可以加長CPU等待外部存貯器或外部I/O口響應的時間，TMS320F206的機器周期為50nS，這樣可得到的最大等待時間為350nS，已能完全滿足EDM240128的要求，從而可省去READY信號產生電路。
RS－485是一種平衡差分驅動、半雙工的串行通信接口標準，它具有傳輸距離遠、抗干擾能力強、較高的數據傳送速率和便于構成分布式測控網絡等優點。MAX485是用于RS－485通訊的低功率收發器，只需＋5V電源即可，本系統利用它引出了一個RS－485串行口。
3.軟件設計和調試
因為本系統的軟件結構較為復雜，涉及的算法較多，故采用了模塊化、由頂向下、逐步細化的結構化程序設計方法，實踐證明這一方法可節省軟件工作量、提高工作效率，取得了成功，整個軟件設計流程見圖二。
系統上電CPU復位后，首先由TMS320F206完成自身的初始化，包括配置RAM塊，設置數據頁指針、中斷和I/O模式，設置中斷屏蔽位和等待狀態位，設置定時器模式、初值、串行口等；然后對EDM240128初始化，包括清顯示RAM，設置文本區、圖形區和顯示方式，建立漢字點陣CGRAM等；然后開EDM240128文本顯示和中斷，啟動AD等待中斷；最后進入循環數據采樣、處理、顯示和串行通訊，完成實時采樣、數據處理、液晶顯示和串行通訊。----本軟件的調試采用了TI的XDS510TMS320系列JTAG硬件仿真器。由于它與目標系統之間采用了JTAG接口（基于IEEE1149.1標準），從而可真正做到完全的硬件仿真，在仿真時不占用硬件資源，且可隨時察看CPU內部及外