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《基于DSP的USB接口數(shù)字采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、1404．DSP技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用4．12基于DSP的USB接口數(shù)字采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計趙敬王俊李蒙北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京10008摘要：本文介紹了以DSP和FPGA為核心的USB接口的數(shù)字采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計．本系統(tǒng)包含了數(shù)據(jù)采集卡．必須的AD和D^轉(zhuǎn)換模塊，另外提供了多種外部接口．利用USB2．0接口建立與PC之閻的通信，用DSP作為微控制器控制USBHUB芯片，為板卡擴展了HUB接口，加寬了系統(tǒng)應(yīng)用范圍．關(guān)鍵字：數(shù)字信號處理、可編程現(xiàn)場門陣列、通用串行總線、模數(shù)轉(zhuǎn)換一、引言現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研
2、究對數(shù)據(jù)采集的需求日益增多，特別是信號測量、圖像處理等多種場合中，數(shù)據(jù)采集更是各項分析處理工作的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在通用的數(shù)據(jù)采集卡一般多是PCI接口與計算機(Pc)通信，這種通信接口存在以下缺點：安裝麻煩、價格昂貴；受計算機插槽數(shù)量、地址、中斷資源限制，可擴展性差。通用串行總線USB是1995年康柏、微軟、mM、DEC等公司為解決傳統(tǒng)總線不足而推廣的一種新型的通信標(biāo)準(zhǔn)。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴展等優(yōu)點，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。基于USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分利用USB總線的上述優(yōu)點，有效解決了傳
3、統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集卡的缺陷。本設(shè)計采用Cypress公司68013USB接口控制芯片，結(jié)合FPGA和DSP芯片完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。二、系統(tǒng)整體設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計采用通用數(shù)據(jù)采集板卡的常用模式，包含數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，微控制器和接口模塊。整個板卡利用FPGA協(xié)調(diào)和控制各個模塊時序，使得微控制器可以通過FPGA將多個外設(shè)模擬通道映射到其I／O設(shè)備空間進(jìn)行訪問，大大增強了微控制器訪問外設(shè)的能力，提高了整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的速率，同時為外國設(shè)備的擴展提供了有效的新途徑。系統(tǒng)的A／D、數(shù)字I／O的設(shè)計沿用傳統(tǒng)了的設(shè)計方法，根據(jù)采集的精
4、度、速率、通道數(shù)等諸元素選擇合適的芯片，設(shè)計時充分考慮了芯片的抗干擾的性能。對于微控制器的選擇，主要根據(jù)板卡實際使用功能要求。在本設(shè)計中選用TMS320C5402DSP芯片。這個系列DSP具有很高的操作靈活性和速度。它具有一個先進(jìn)的修正哈佛結(jié)構(gòu)、專門硬件邏輯的CPU、片內(nèi)存儲器、片內(nèi)外設(shè)和專門指令集。C54x系列提供了許多外設(shè)接口：兩個通用I／O口、主機通信接口(HPI)、4種串口，可以滿足眾多領(lǐng)域的使用要求。除了與PC通信的USB接口外，為了擴充系統(tǒng)功能，系統(tǒng)還提供了其他的一些外設(shè)接口。比如：鍵盤接口、液
5、晶顯示接口和USB的HuB接口。圖1系統(tǒng)整體框圖全國第：竺篙主署囊釜理聯(lián)合學(xué)術(shù)會議敞集Ⅲ三、模數(shù)模塊MAXlll0是低功耗、8通道的模數(shù)并行8位(A／D)轉(zhuǎn)換芯片。八個模擬通道支持軟配置?？梢愿鶕?jù)用戶要求配置利用芯片內(nèi)部控制字把模擬信號配置成單極性、雙極性、單端或差分信號，以及芯片工作在全功耗模式還是低功耗模式。MAXlll0首先通過cs置低完成片選，然后通過DIN端口向控制器發(fā)出控制字，配置芯片工作模式?？刂破骰貜?fù)3個字節(jié)。第一個字節(jié)忽略不要，第二和第三個字節(jié)聯(lián)合起來，去掉兩個連0的字頭和六個連0的字尾，
6、就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。下圖是MAXIll0的經(jīng)典連接圖，REFOUT和REFIN聯(lián)起來接地，表示采用內(nèi)部參考電壓2．048v。ANALoGlNFtlTS+：ⅣCHOV∞．。lv0DAGND字uF[)GNDcPUCH7C洲—H■Da朋MAX77∞確AxllllRE川溢I∞CrVCV．3L-I～bF,JREFINDINh{0StSo)00lJTl^lcrf(I．n¨、p’I)Il銷TRB研麗Yss圖2MAXIll0典型電路在本系統(tǒng)中，MAXlllO的控制引腳是與FPGA連接，即FPGA就是圖中的CPU。利用VHDL編程
7、語言可以方便地實現(xiàn)MAXIllO的控制時序，并且可以在FPGA內(nèi)部開辟存儲空間暫存轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。通過MAXlll0轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)信號有三個去路：一是通過USB接口發(fā)送到PC機，等待PC對數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理和存儲；二是直接送到外設(shè)顯示器顯示；三是經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換(D／A)轉(zhuǎn)換從端口輸出。MAX507是12位DA轉(zhuǎn)換芯片，它同樣具有外圍電路簡單的優(yōu)點。它的四個控制引腳CSMSB、CSLSB、MR和LDAC連接到FPGA，通過編程完成轉(zhuǎn)換時序。微處理器和接口模塊數(shù)據(jù)采集板的處理器是TMS320C5402。該芯片是TI公司T
8、MS320C54x系列的定點DSP芯片，主要應(yīng)用在通信、數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)中。TMS320C5402DSP芯片內(nèi)帶16K字節(jié)的RAM，其中一部分用來運行程序，另外一部分可以用來存儲臨時數(shù)據(jù)，片內(nèi)的RAM存儲器不能滿足數(shù)據(jù)存儲容量的要求，因此在采集板上還要擴充一部分SRAM。此采集卡上使用的SRAM芯片為IDT71V016。此芯片是IDT公司生產(chǎn)的16位64K字節(jié)的靜態(tài)RAM存儲器，采用CMOS工藝，具有低功耗模式的功
