1 引言

　　在石油、化工、冶金、電力、紡織、輕工、水利等工業(yè)及科研領(lǐng)域中，都必須進(jìn)行相關(guān)的壓力檢測(cè)與分析。通常壓力值的變化速度較緩慢，但在測(cè)量壓力值并把它由非電量轉(zhuǎn)變成電量這一過程中，要求非常高。本文采用TMS320VC5502高性能數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和ADSl274高∑一△結(jié)構(gòu)A／D轉(zhuǎn)換器，構(gòu)建了一個(gè)工作模式可控的高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有高多通道同步采樣和工作模式動(dòng)態(tài)選擇等功能，用戶可根據(jù)需要合理選擇系統(tǒng)的工作模式，使測(cè)試需求與系統(tǒng)功耗達(dá)到配比。

　　2 器件選型

　　2.1 TMS320VC5502簡(jiǎn)介

　　TMS320vc5502是一款高性能的DSP?？梢蕴峁┚哂?00 MHz雙MAC的強(qiáng)大性能，可實(shí)現(xiàn)高速、大容量數(shù)字信號(hào)處理；TMS320VC5502既提供了16／8位加強(qiáng)型主機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)雙處理器間的數(shù)據(jù)通訊功能；提供32位外部存儲(chǔ)器接口（EMIF），實(shí)現(xiàn)與廉價(jià)的SDRAM、SBRAM、異步RAM和Flash存儲(chǔ)器的無縫連接，便于外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展；具有3個(gè)McBSP和6通道DMA，可以支持128通道100 Mh／s的內(nèi)外部數(shù)據(jù)傳輸。

　　2.2 ADS1274簡(jiǎn)介

　　ADS1274是一款高A／D轉(zhuǎn)換器，具有24位。主要特性特點(diǎn)：①采用差動(dòng)輸入方式，所以輸入端可直接與傳感器或微小的電壓信號(hào)相連；②采用∑一△結(jié)構(gòu)，具有寬泛的動(dòng)態(tài)范圍與24位無差錯(cuò)編碼；③采用低噪聲增益可編程放大器，提高分辨率；④內(nèi)部采用三階數(shù)字濾波器，可濾除電源波紋和其他干擾；⑤采用多種內(nèi)部自校正技術(shù)，用于校正失調(diào)電壓，校準(zhǔn)滿刻度誤差；⑥提供SPI或FRAME-SYNC接口；⑦提供高速、高分辨率、低功耗和低速4種工作模式供用戶選擇；⑧采用獨(dú)立供電，+5 V模擬電源，1.8 V數(shù)字電源，1.8~3.3 V的I／0電源。ADSl274采用HTOFP一64封裝。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械信號(hào)進(jìn)行多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋Ｏ到y(tǒng)通過緩沖串口與A／D轉(zhuǎn)換器通訊。TMS320VC一5502能高效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化、外圍器件和HPI通訊接口的配置，并根據(jù)上位機(jī)ARM控制器傳送來的主機(jī)命令，實(shí)時(shí)采集和處理數(shù)據(jù)。將處理后的數(shù)據(jù)包傳輸給上位機(jī)顯示、存儲(chǔ)和處理。

　　3.2 TMS320VC5502與ADSl274的接口電路

　　ADS1274提供SPI或FRAME—SYNC接口，可方便地實(shí)現(xiàn)與處理器的連接。該系統(tǒng)通過TMS320VC5502的多通道緩沖串口（McBSP）與ADS1274數(shù)據(jù)傳輸。TMS320VC5502與ADS1274的電路連接如圖1所示。

　　3.3 信號(hào)調(diào)理模塊

　　ADS1274通過設(shè)置可以采用單端輸入和差分輸入兩種模式。差分輸入可有效抑制零漂和消除信號(hào)共模干擾，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過運(yùn)放OPA1632后將信號(hào)輸入配置為差分輸入方式，具體信號(hào)調(diào)理電路如圖2所示。

　　3.4 電源模塊

　　TMS320VC5502需提供+3.3 V（I/O電源）和1.26 V（DSP核電源）兩種不同的供電電源，而ADSl274需對(duì)10VDD（+3.3V）、AVDD（+5 V）、DVDD（+1.8 V）分別供電，以保證系統(tǒng)正常工作。這里，選用TI公司的專用電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)電源電路模塊，如圖3所示。

　　3.5 ADS1274工作模式

　　由于∑一△結(jié)構(gòu)的A／D轉(zhuǎn)換器由于采用過抽樣理論，允許犧牲速度換取高或犧牲獲取高采樣頻率，因此通過對(duì)過抽樣率的調(diào)整來控制采樣頻率和采樣，以滿足不同信號(hào)的采樣需求。ADS1274可提供高速、高分辨率、低功耗和低速4種操作模式供用戶選擇，也可通過配置MODE[1：0]引腳信號(hào)實(shí)現(xiàn)模式控制。同時(shí)，通過DSP的定時(shí)器給ADS1274輸出時(shí)鐘，從而更地控制4個(gè)通道的同步采樣頻率。

　　3.6 數(shù)據(jù)通訊接口

　　AD1274的數(shù)據(jù)輸出接口基于SPI和Frame一Sync兩種協(xié)議，通過控制FORMAT[2：0]引腳來配置數(shù)據(jù)輸出模式。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過DSP的緩沖串口與A／D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)傳輸。通過將FORMAT[2：0]3個(gè)引腳置低，而將數(shù)據(jù)接口配置為SPI協(xié)議的TDM模式。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括TMS320VC5502串口和ADS1274初始化、DSP主程序、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。DSP通過對(duì)McBSP復(fù)位并配置McBSP寄存器，完成串口初始化。ADS1274采用SPI和FRAME-SYNC通信模式，數(shù)據(jù)由DOUT讀出，然后通過McBSP串口將數(shù)據(jù)傳輸給DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

　　系統(tǒng)軟件函數(shù)主要包括mcbsp0_init，start_timerO，inter-rupt_init，CSL_init（），PLL_setFreq等。通過配置GPT和GPI0及系統(tǒng)中斷來控制兩個(gè)I／0端口的輸出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)ADS1274工作模式的控制。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　在開發(fā)以ARM_DSP雙核架構(gòu)為基礎(chǔ)的便攜式數(shù)據(jù)采集儀中，為解決系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、速度和功耗問題，構(gòu)建了一種模式可控的高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)打破了以往A／D轉(zhuǎn)換器固定工作模式的設(shè)計(jì)理念，為構(gòu)建嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一個(gè)更靈活、通用的解決方案。

參考文獻(xiàn):

[1]. TMS320VC5502 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/TMS320VC5502_688939.html.
[2]. FRAME datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/FRAME_2528858.html.
[3]. OPA1632 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/OPA1632_524563.html.