基于dsp的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計

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1、第一章緒論1.1課題研究的背景在高度發(fā)展的當今社會中，科學技術的突飛猛進和生產(chǎn)過程的高度自動化已成為人所共知的必然趨勢，而它們的共同要求是必須建立在有著不斷發(fā)展與提高的信息工業(yè)基礎上。人們只有從外界獲取大量準確、可靠的信息經(jīng)過一系列的科學分析、處理、加工與判斷，進而認識和掌握自然界與科學技術中的各種現(xiàn)象與其相關的變化規(guī)律，并通過相應的系統(tǒng)和方法實現(xiàn)科學實驗研究與生產(chǎn)過程的高度自動化。換言之，生產(chǎn)過程的自動化面臨的第一個問題就是必須根據(jù)從各種傳感器得到的數(shù)據(jù)來檢測、監(jiān)視現(xiàn)場，以保證現(xiàn)場設備的正常工作。所以對現(xiàn)場進行

2、數(shù)據(jù)采集是重要的前期基礎工作，然后再對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行傳輸和相應的處理工作，以滿足不同的需要。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種應用極為廣泛的模擬量測量設備，其基本任務是把信號送入計算機或相應的信號處理系統(tǒng)，根據(jù)不同的需要進行相應的計算和處理。它將模擬量采集、轉換成數(shù)字量后，再經(jīng)過計算機處理得出所需的數(shù)據(jù)。同時，還可以用計算機將得到的數(shù)據(jù)進行儲存、顯示和打印，以實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分數(shù)據(jù)還將被用作生產(chǎn)過程中的反饋控制量。數(shù)據(jù)處理在整個科研工作中是個重要的必不可少的環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作的質量和速度如何，對整個科研工作的影

3、響也是很大的。因此研究一種質量性能高的通用數(shù)據(jù)采集平臺具有很大的意義。從廣泛的意義上來講，數(shù)據(jù)采集與處理的主要包括以下幾個方面:(1)數(shù)據(jù)的采集:主要是解決非電量轉換為電量的問題以及多路復用、數(shù)據(jù)的模擬形式和數(shù)字形式之間的轉換問題。(2)數(shù)據(jù)的記錄:數(shù)據(jù)的存儲是非常重要的問題。(3)數(shù)據(jù)處理:包括預處理、數(shù)據(jù)檢驗和數(shù)據(jù)分析等步驟。隨著科學技術的飛速發(fā)展，對數(shù)據(jù)處理的實時性要求也愈來愈迫切。顯然，不論在哪個應用領域中，數(shù)據(jù)處理越及時則經(jīng)濟效益就越大。例如在實時監(jiān)控系統(tǒng)中，必然要求對測量數(shù)據(jù)實時處理。又如在新型飛機試

4、飛中如能實現(xiàn)對某些關鍵數(shù)據(jù)的實時處理和監(jiān)測，就能在這些數(shù)據(jù)發(fā)生異常變化時及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，以避免機毀人亡的重大事故發(fā)生?？梢姡瑢崟r處理數(shù)據(jù)意義是很大的。由于電子計算機技術的蓬勃發(fā)展，為提高數(shù)據(jù)處理的實時性提供了廣闊的前景。2斷資源限制，可擴展性差；在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場，無法專門對其做電磁屏蔽，導致采集的數(shù)據(jù)失真。而現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學研究的發(fā)展要求數(shù)據(jù)采集卡具有更好的數(shù)據(jù)采集、處理能力，傳統(tǒng)的CPU已經(jīng)不能滿足這一要求。針對以上要求。1.2國內外研究及開發(fā)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集與處理一直是生產(chǎn)實踐研究與應用領域的一

5、個熱點和難點。隨著微電子制造工藝水平的飛速提高及數(shù)據(jù)分析理論的進一步完善與成熟，目前國內外對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的高性能方面的研究上取得了很大的成就。就A/D轉換的精度、速度和通道數(shù)來說，采樣通道從單通道發(fā)展到雙通道、多通道，采樣頻率、分辨率、精度逐步提高，為分析功能的加強提供了前提條件[2]。而在數(shù)據(jù)分析的微處理器上，最初的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以8位單片機為核心，隨著微電子技術的不斷發(fā)展，新興單片機的不斷問世，十六位、三十二位單片機也為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研制廠家所采用，近來采用具有DSP功能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也己投入市場。同時，通用PC

6、機的CPU用于數(shù)據(jù)處理也較為常見?？傊殡S著高性能微處理器的采用和用戶技術要求的不斷提高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能也越來越完善。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個趨勢：首先，在專業(yè)測控方面，基于PC計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來越成熟和智能化。在過去的二十年中，開放式架構PC機的處理能力平均每十八個月就增強一倍為了充分利用處理器速度的發(fā)展，現(xiàn)代開放式測量平臺結合了高速總線接口，如PCI和PXI/CompactPCI，以便獲得性能的進一步提升。計算機的性能提升和由此引起的基于計算機的測量技術的創(chuàng)新，正在持續(xù)不斷地模糊著傳統(tǒng)

7、儀器和基于計算機的測量儀器之間的界線。其次，在通用測控方面，采用嵌入式微處理器的方案也由早期的采用A/D器件和標準單片機組成應用系統(tǒng)發(fā)展到在單芯片上實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)采集與分析，即目前極為熱門的SOC(SystemOnChip)[3]。通常在一塊芯片上會集成一個，可以采樣多路模擬信號的A/D轉換子系統(tǒng)和一個硬CPU核(比如增強型80_52內核)，而且其CPU的運算處理速度和性能也較早期的標準CPU內核提高了數(shù)倍，而且有著極低的功耗。這種單芯片解決方案降低了系統(tǒng)的成本和設計的復雜性。此外，為了解決SOC方案中數(shù)據(jù)處理性

8、能的不足，采用DSP作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的CPU的研究與應用目前也逐漸引起業(yè)內重視。但是這類產(chǎn)品目前僅僅處于發(fā)展的初級階段，在精度、速度或其它性能指標上并不能很好的滿足要求。因此，國內外以DSP作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣控制和分析運算的研究與應用正在展開。1.3本文主要內容和章節(jié)安排本文完成了一種基于數(shù)字信號處理器、通用串行總線接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方案的設計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采樣與分