基于DSP的高速多通道同步数据采集系统

2016-10-22杨旭

数码世界 2016年10期

关键词：精确度电源单片机

杨旭

辽宁锦州渤海大学

基于DSP的高速多通道同步数据采集系统

杨旭

辽宁锦州渤海大学

随着通信技术的不断发展，数据采集在很多领域中都有着重大的作用。在控制系统中经常会用到数据采集系统从而来获得有用的技术指标。由于一些领域对数据采集的速度，精确度以同步性提出了更高层次的需求，所以为了满足这些需求，本论文中采用的是基于DSP技术，以A/D为采样芯片，DSP芯片为主控制器实现了采用多通道同步数据采集与处理目标信号，能够完成识别以及定位目标。

多通道数据采集 DSP 同步

1　引言

随着电子信息技术的不断发展，软件和硬件设备的不断进步，数据采集系统也取得了更大的进步与发展，而且硬件在性能方面也有了很大的提高，日益在多种控制系统以及其他的测试系统中被广泛使用。目前为止不管是单通道的数据采集还多通道的数据采集在采集的精度以及采集的效率方面都取得了很大的突破，而且研究的技术越来越先进。

对比于以往的数据采集系统而言，中央处理器选择的是单片机，带来的优点就是资金投入的成本比较低，易操作。但是缺点就是由于单片机在数据的处理与计算方面仍然是由局限性的，所以采集的数据在精确度方面还是有待改善的。后期也有用到基于A/D，选择A/D采集卡实现了多通道同步采集，但是这种方法在结构设计方面不够灵活。随着DSP芯片的诞生，将DSP应用到高速多通道同步数据中可以不管是数据的精确度还是数据的计算速度方面都得到了很大的提高。相比于单片机而言明显有很大的竞争性。

在飞行器导航中，就需要用到数据采集，而且一般在导航的设备中会安排几个传感器，当在动态很高，而且精确度很高的情况下，就需要通过数据采集系统对这几个传感器进行指标的采集，然后预处理通过采集系统获取的数据，最后再进行导航方面的计算，将所需要的参数输出来，在这个数据采集的过程中需要采集的指标包括了抵抗干扰力的强度，以及采样的效率等等。

2　数据采集系统构成

随着信息技术以及电子设备的不断发展，数字系统现今已经逐步应用到了许多的科学测试实验以及教育方面的多个行业中。数字系统与模拟系统在性能方面有了更大的优势，具体体现在高稳定性，高精确度方面，然而数字系统也是有限制条件的，那就是数字系统所处理的信号只能是离散的。由于很多时候大部分的信号是模拟的信号，比如位移信号，角度信号。所以这种情况下就需要进行模拟信号转化为数字信号的过程。

本课题中高速多通道同步数据采集系统选择的单片机的是基于AVR系列的，转化模块采用的是A/D模块，在通讯模块设计的时候，因为考虑到接口处传输的速度不是很快，所以为了弥补速度，就增加了一个转USB的通信端口。本系统中为了考虑到数据量大另外还增加了一个存储的芯片。高速多通道同步数据采集系统结构图如图1所示。

图1　高速多通道同步数据采集系统结构图

2.1A/D转化的原理

A/D转换器中，输入的信号和输出的信号类型不是一样的，输入的信号是以模拟形式存在，而输出的是以数字形式存在，因此输入之前就需要将模拟信号进行取样。接着对这些模拟信号进行数字化转化。A/D转化的这个过程涉及到了采样，其实采样实质上就是对脉冲进行调幅，其中：

如果将P（t）信号的脉冲宽度设置远小于脉冲周期的时候，就可以等似于理想采样。调幅设定为

把公式（1）代入到公式（2）中可得：

通常情况下P（t）是等同于M（t）的，M（t）表达式如下：

2.2 模数转换芯片选取

根据数据采集对多通道，高速方面的需求，本课题中的模数转换芯片选择的是ADS7864。ADS7864芯片中的所有的通道的转化时间都是设置为2微秒，而且所有的模拟输入通道采集是同时进行的，FIFO的寄存器一共有6个，控制的过程全部是由硬件进行控制的，ADS7864使用的电压不管是内部的还是外部的都可以，ADS7864的产品规格如表1所示。

3　硬件设计

在现今这个信息技术飞速发展的通信领域，很多的模拟系统已不再适应科学实验以及生产领域，而数字系统将逐渐代替模拟系统。数字系统中众多的领域中都发挥着重大的意义。所谓的数据采集指的就是先进行模拟信号转化为数字信号，然后再将结果放到处理器中经过处理，最后再进行结果显示传输和记录的这整个流程。大部分的外部信息是以物理量存在的，因此如果要转为数字量，那么在这之前就需要将物理量进行离散化，然后量化编码。在信息技术中数据的采集可以说是占据着重要的角色成份，也是测控技术中的组成成分之一。

3.1MCU与ADS7864之间的硬件接口设计

ADS7864中有3根命令线，其中HOLDA对应的通道是A0和A1，而HOLDB对应的通道是B0和B1；HOLDC对应的通道是C0和C1。当HOLDX出现了电平的从高到低的转化的时候，通道中就会有2个进行转化，并且当有命令线要进行转化的时候，通道的速率就会是500KHz。片选是CS管脚，读信号是RD管脚，D0到D15表示的是16位的数据。D15表示的数据是否转化的标志位，而D14到D12表示的是通道号，D0到D11表示的数据转换以后代表的数字量。

3.2电源部分的设计

系统中的电源选择的是+12V，该电源的提供可以来自蓄电池也可以来自车载的电源，由于系统对数字模块提出的要求，所以电源部分可以分为四部分，分别是：1）上止点的电源；2）电荷信号电压是0到5V；3）机油温度传感器电压；4）数字电路所需的电源。