基于TMS320F28335的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一個(gè)基于TMS320F28335芯片的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，給出了調(diào)理電路、硬件電路及軟件的設(shè)計(jì)流程。本系統(tǒng)采用開發(fā)板自帶的AD轉(zhuǎn)換器和USB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸，具有實(shí)時(shí)性，采樣速率高，處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
關(guān)鍵字：TMS320F28335；數(shù)據(jù)采集；USB總線

    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事、商業(yè)、家用電器等行業(yè)，在眾多的開發(fā)平臺(tái)中，DSP以其高速的運(yùn)行速度、良好的硬件結(jié)構(gòu)、適合運(yùn)算的硬件組成等優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)采集、處理等領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，適合于高速、高精度數(shù)據(jù)的采集、處理。本系統(tǒng)采用美國TI公司最新推出的具有很高的信號(hào)處理和控制功能的32位高性能浮點(diǎn)芯片TMS320F28335；數(shù)據(jù)采集方面采用開發(fā)板自帶的內(nèi)置16路12位AD轉(zhuǎn)換器；在數(shù)據(jù)傳輸方面采用了Cypress公司的CY7C68001芯片實(shí)現(xiàn)USB2．0接口，以達(dá)到高速傳輸數(shù)據(jù)的目的。

1 TMS320F28335介紹
    TMS320F28335是TI公司新近推出的32位高性能浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，具有很強(qiáng)的信號(hào)處理及控制功能，主要特征如下：
    (1)高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)，其指令周期為6．67ns，主頻達(dá)到150MHz；采用低功耗設(shè)計(jì)，內(nèi)核電壓為1．9V；
    (2)高性能的32為CPU，采用哈佛總線結(jié)構(gòu)模式，具有快速的中斷響應(yīng)和中斷處理能力，編程可兼容C／C++語言及匯編語言；
    (3)存儲(chǔ)空間：256Kx16位的片上Flash，34K×16位SARM，8K×16位的Boot ROM，1K×16位的OTP ROM，其中Flash、SARM、OTP ROM受密碼
保護(hù)，保護(hù)用戶程序；
    (4)具有豐富的外設(shè)資源：2x8通道的、12位、80ns轉(zhuǎn)換時(shí)間、0～3V量程的ADC轉(zhuǎn)換器：3通道的SCI異步串口；1通道的SPI同步串口；2通道的McBSP同步串口；2通道的eCAN總線；1通道的I2C總線；6通道的DMA；外擴(kuò)RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，支持動(dòng)態(tài)PLL調(diào)節(jié)；支持58個(gè)外設(shè)中斷的外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器PIE，管理片上外設(shè)和外部引腳產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求；3個(gè)32位定時(shí)器，定時(shí)器0與1用做一般的定時(shí)器，定時(shí)器0接PIE中斷，定時(shí)器1接INT13，定時(shí)器2用于DSP／BIOS的片上實(shí)時(shí)系統(tǒng)連接到INT14；符合USB2．0標(biāo)準(zhǔn)的高速USB接口，最高傳輸速率為480Mb／s。
    在使用ADC轉(zhuǎn)換器時(shí)，注意輸入的模擬信號(hào)電壓要在0～3V的范圍內(nèi)，否則容易燒壞ADC轉(zhuǎn)換器。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 調(diào)理電路設(shè)計(jì)
    從傳感器檢測(cè)到的信號(hào)是電荷信號(hào)，經(jīng)過電荷放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，一般情況下測(cè)得是很微弱的信號(hào)并且還夾雜很強(qiáng)的電磁干擾，所以在進(jìn)入采集系統(tǒng)之前必須進(jìn)行信號(hào)的放大、濾波去噪處理。信號(hào)流程圖如圖1所示；電荷放大器原理圖如圖2所示；有源帶通濾波電路如圖3所示；放大電路如圖4所示。

2．2 AD采集電路
    調(diào)理后的信號(hào)經(jīng)過多路模擬開關(guān)控制選擇一路進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換電路。本系統(tǒng)采用開發(fā)板自帶的12位A／D轉(zhuǎn)換器，前端為2個(gè)8選1多路切換器和2路同時(shí)采樣／保持器，構(gòu)成16個(gè)模擬輸入通道，模擬通道的切換由硬件自動(dòng)控制，并將各模擬通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果順序存入16個(gè)結(jié)構(gòu)寄存器中，在25MHz的AD時(shí)鐘下為80ns的轉(zhuǎn)換率，可以在每次轉(zhuǎn)換結(jié)束或每隔一次轉(zhuǎn)換結(jié)束出發(fā)中斷。
2．3 USB接口電路
    經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)被TMS320F28335處理后，通過USB2．0接口傳給PC機(jī)，然后按照需求對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)處理。本系統(tǒng)采用Cypress公司的CY7C68001芯片實(shí)現(xiàn)USB2．0接口。CY7C68001芯片內(nèi)有4K字節(jié)的同步與異步FIFO資源；具有內(nèi)部鎖相環(huán)；支持控制節(jié)點(diǎn)0，用于處理USB傳輸?shù)纳暾?qǐng)；符合USB2．0標(biāo)準(zhǔn)，最高速可達(dá)480Mbps。CY7C68001與TMS320F28335的連接電路如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括DSP初始化、AD采集、數(shù)據(jù)處理、USB傳輸，軟件設(shè)計(jì)主要在CCS3．3的集成開發(fā)環(huán)境下調(diào)試完成的。
3．1 AD采集設(shè)計(jì)
    從傳感器接收到信號(hào)經(jīng)放大、濾波后進(jìn)入AD采集電路，AD采集軟件流程為：關(guān)總中斷，然后進(jìn)行DSP系統(tǒng)初始化；設(shè)置PIE中斷矢量表；初始化ADC模塊；軟件啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換；等待ADC中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序；將處理后的信息通過USB接口傳輸給PC機(jī)，如此反復(fù)直到將所有數(shù)據(jù)采集完畢為止。軟件流程圖如圖6所示。

3．2 USB接口設(shè)計(jì)
    AD采集到的信號(hào)要通過USB接口與PC機(jī)進(jìn)行傳輸，本系統(tǒng)采用的是CY7C68001芯片。CY7C68001有兩種自舉方式：EEPROM自舉和通過DSP自舉，通常情況下采用EEPROM來進(jìn)行USB的初始化。而USB程序的編寫主要分為兩個(gè)部分：PC機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的編寫；DSP與USB數(shù)據(jù)與命令的交換。
    通過USB接口傳輸過來的信號(hào)存儲(chǔ)在PC機(jī)上，方便后續(xù)處理。

4 結(jié)束語
    系統(tǒng)采用TMS320F28335作為處理器，采用開發(fā)板自帶的AD轉(zhuǎn)換器及USB2．0接口，很方便的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)具有采樣速率高、傳輸速度快、處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能滿足某些場(chǎng)合數(shù)據(jù)采集處理的要求，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。