基于DSP的高速數據采集系統的研制

摘    要：本文介紹了基于數據采集系統的虛擬儀器設計。通過軟、硬件技術結合，實現了對多路模擬信號的采集處理，輸出多種波形，充分發揮了虛擬儀器的優勢。
關鍵詞：虛擬儀器；DSP； USB

引言
隨著計算機技術的普及，運用高速數據處理的場合越來越多。例如，高速數字信號處理系統、高速圖象信息轉換、語音實時處理系統等。本文設計并實現了基于TMS320C32和USB芯片的一套高速、高精度數據采集分析系統。該系統的DSP負責數據的采集，數據通過USB口送到計算機顯示、計算。計算機應用程序便于實現豐富的圖形界面，具有良好的人機接口，是一套很實用的虛擬儀器系統。

系統的總體結構
虛擬儀器的硬件部分主要分為數據采集和波形發生器兩大部分。
數據采集系統由TMS320C32 微處理器芯片、USB芯片FX2、ADC芯片ADS8364、DAC芯片DAC7624/25、CPLD、FIFO存儲器及其外圍電路組成。原始信號通過處理變成A/D可以采樣的信號后送入DSP采集系統，DSP系統通過高速、高精度A/D轉換器ADS8364對輸入電壓信號進行單通道或多通道的采樣，將16位采樣結果存儲在雙FIFO存儲器中。當其中一個FIFO存滿，USB系統將數據從該FIFO存儲器中讀出，由收發器通過數據線(D+、D-)送至主機，同時另一個FIFO開始進行存儲。本系統適用于多通道的高速采樣，采樣頻率可以預置，以適應不同頻率的輸入信號。
波形發生器：信號種類包含正弦波、方波、鋸齒波、三角波。輸出幅值為-2.5V~＋2.5V。當輸出選定波形時，先利用USB口將數據從主機中送到雙FIFO進行緩存，DSP進行讀寫控制，將數據寫入D/A12位數據總線，通過D/A轉換輸出電壓， 經電壓放大器進行放大后，達到要求的幅值。輸出波形是通過改變每個周期輸出點的個數來改變波形的頻率的。通過改變D/A的輸出通道實現對不同設備進行輸入。
USB與上位機接口：負責與上位機進行通信。上位機通過USB接口將A/D采樣頻率及通道選擇的預置數據傳送到CPLD，利用CPLD實現對A/D采樣頻率和通道的改變。系統采集和處理后的數據通過USB接口送入上位機進行顯示和分析。
使用CPLD和4046來實現A/D采樣頻率的改變，適用于不同頻率的信號。通過預置分頻器的數值，可方便地改變采樣頻率，適合于從幾十Hz到250kHz范圍的信號。采樣頻率可以靈活改變，同時也避免了高頻信號對整個系統的干擾。圖1是多通道高速數據采集系統的結構框圖。
 
系統的主要組成部分
ADC模塊
該模塊采用的是高速、低功耗、六通道同步采樣的16位ADC ADS8364，適用于噪聲比較大的環境。每個輸入端都有一個ADC保持信號，用來保證幾個通道能同時進行采樣和轉換，可以對單極性或雙極性輸入電壓進行A/D轉換。本文采用雙極性輸入方式，輸入電壓可以是