基于DSP的数据处理器的设计与实现
dsp
摘要随着数字信号处理技术在通讯、多媒体、信息家电等各个领域得到了广泛的应用，数字信号处理器(DSP)无论从制造工艺、体系结构等方面都取得了巨大的发展。
因此设计有自主产权的DSP处理器IP核具有很高的实用价值及意义。
通过对片上串行接口的模块划分，完成了串口寄存器模块、时钟与帧同步信号控制器模块、接收控制器模块和发送控制器模块的详细设计和FPGA验证。
其中，设计了一种采用一个主控状态机和两个从状态机协同工作的层次化结构方案，规整高效地实现了接收控制器模块和发送控制器模块。
通过对6通道DMA控制器的模块划分，完成了内部寄存器组、优先级编码模块、内部寄存器寻址、地址产生模块和有限状态机等模块的详细设计和FPGA验证。
其中，设计了一种采用模计数和循环比较的结构方案，实现了对6个DMA通道进行分级循环优先级控制的机制。
论文从主机接口(HPI)寄存器、状态机两个方面论述和设计实现一个8位外总线接口。
并完成了内部定时器和可编程等待状态发生器的设计。
目前该兼容DSP处理器的设计已经完成，通过了FPGA验证，能运行基本的功能验证程序，为进一步研发该DSP的可重用IP模块打下了基础。
关键字：数字信号处理器，串行接口，直接寄存器访问控制器，主机接口、定时器、等待状态发生器引言：近年来，我国电子信息产业和市场高速增长，不仅推动了DSP处理器芯片的广泛应用，而且吸引了国内外众多厂商涉足我国DSP处理器产品市场，促使DSP处理器芯片需求量持续增大，市场竞争日渐激烈。
尽管DSP处理器在我国的应用已经有了相当的基础，而且有lO多家集成电路设计企业从事DSP系统及相关产品的开发与应用，但目前在国内芯片市场上还很少见到国内厂商自己的DSP 处理器芯片。
因此研制有自主知识产权的DSP处理器设计技术，以及相应的DSP 系统设计技术与应用能力，仍然是我国科技工作者和IT企业的重大挑战。
1．2．1 DSP处理器的发展史人们对DSP技术的研究兴趣开始于二十世纪七十年代，主要是研究诸如调制解调器和集中转接系统等电信设备。
基于DSP的数据采集系统开发与实现
类信号 的实 现方法 。在 片 内存储 器方 面 ， ２ １ 括 １８ Ｆ ８ ２包 ２Ｋ
字 的 Ｆ ＡＳ Ｌ ＨＭＥ ＭＯＲ １ 字 的 ＯＴ ＭＥ ＲＹ 和 ｌ Ｋ 字 Ｙ、Ｋ Ｐ ＭＯ ８
的片上 Ｒ Ｍ 和 ４ 字的 Ｂ ａＴ Ｒ Ａ Ｋ ０ ＯＭ。丰 富的 片上存储 资 源可满足用户处理大量数据 的需求。在 安全方面 ， ２ １ Ｆ ８ ２采 用 １８位的密码来保护用户的程序。 ２
求也越来越高。很多 大型石 油 、 化工 、 石化 、 电力 、 铁等部 钢 门都采用了单机、 满负荷 、 连续性的生产操作方式 ， 中的大 其
的增强 型 Ａ／ Ｄ转换器 ， Ａ／ 其 Ｄ转换速率 高达 ８ ｎ。而其 中 ０ｓ
的两个独立 的 ８路模拟开 关给用 户提供 了同时采集不 同种
型旋转机械就成 为了现代 化大规 模生产 中 的关 键设备 。一 旦出现停机故障 ， 导致全 厂的停 产 ， 将 其经济 损失是 十分 巨
公 司 Ｔ ３ ０系列 Ｆ ８ ２芯 片 开 发 一 种 快 速 数 据 采 集 系 统 ， 究 了该 系统 硬 件 平 台的 搭 建 和 相 关 应 用 程 序 的 开 ＭＳ２ ２１ 研
发。将其运用于旋 转机械 状态监 测及 故障诊 断领域 中有关转速信号 、 多路 同步轴径 向振动 信号 、 向位 移信号 、 轴 若
图 １ 数据采集卡框图
２ １ 转速信号采集的实现 ．
根据工业现场 中旋 转机 械的实际情况 ， 数据采集 卡采集 的转 速 范 围一 般为 ３ ～ １０ ０／ ｉ（ 期 范 围 为 ３ ｍｓ ０ ８０ ｒｒ ｎ 周 ａ ３ ～ ２） ｓ 。如此大的转速范围对 定时器的计数脉 冲和计数位 数都 提 出了要求。若定时器计数 脉冲过 大 ， 则分 辨率 降低 ； 是 但 如果 计 数 脉 冲 太 小 ， 需 要 计 数 器 的 位 数 足 够 大 。 则 Ｃ ０ ０ Ｍ 系列 的前代产品 内置 １ 位定时器很 难满足要求 ， ２０Ｔ ６
基于DSP的数据采集、存储和输出
科技信息2008年第26期SCIENCE&TECHNO LO GY INFORMATION0.引言随着现代科学技术的发展,数字信号系统的应用越来越广泛。
由于数字信号处理器DSP芯片的不断发展,使得信号实时处理变得轻而易举。
本系统可以通过外部控制端的选择完成对外部信号的采集、存储和输出等功能,应用范围广泛,实用性强。
主控元件采用T M S320LF2407A芯片,T MS320L F2407A[1]是美国TI公司推出的新型高性能16位定点数字信号处理器,它专门为数字控制设计,集DSP 的高速信号处理能力及适用于控制的优化外围电路于一体,在数字控制系统中得以广泛应用。
1.系统工作原理采集系统主要由主控单元、数据采集、外部控制、存储器、输出单元等组成。
外部开关选择开始采集,则模拟量经外部输入电路进入T M S320LF2407A的A/D转换口,由2407A定时采样;采样数据由T M S320L F2407A实时处理后送入存储器分页储存;外部开关选择终止后采集停止;外部开关选择输出则由T M S320LF2407A调用存储信息送外部电路输出。
若需要对多个模拟量进行操作,则可在外部电路增加一多路开关(如C D4051)。
采样时DSP可采用级联模式,一次作16个转换;DSP 对转换后的数据进行比较、计算、存储等。
开关量输入经光耦和缓冲器进入DSP的IOPB口,DSP以对IOPB口的检测和数值处理的结果产生相应的控制动作。
2.系统模块的硬件设计采集系统主要采用T MS320L F2407A定点DSP控制器作为数据处理单元的处理器,它的供电电压为3.3伏,执行速度为30MIPS,片内有32K字的FL ASH程序存储器,1.5K字的数据程序RAM,544字的双口RAM和2K字的单口RAM,两个事件管理器模块,看门狗定时器模块,控制器网络(CAN)2.0B模块,10位A/D转换器,40个单独编程或复用的I/O口等。
基于TMS320C6678 DSP的雷达数字信号处理软件设计
50 | 电子制作 2021年06月复杂的算法，但同时也要满足实时性要求。
在现阶段，雷达信号处理的架构大都是采用FPGA+DSP 的方式，FPGA 主要负责中频信号的采集、波束形成、脉冲压缩等算法逻辑操作，而DSP 主要负责实现MTI、MTD、CFAR、杂波图等较复杂的算法。
TMS320C6678 DSP 作为业界目前最先进的多核DSP、一共集成了8个核，每个内核有512Kbyte 的核内L2数据存储区、32KByte 的L1D 数据存储区和 32KByte 的L1P 程序存储区，片上集成了4MByte 的共享存储区，支持RapidIO 高速数据传输、支持外围扩展DDR3存储器，支持片内多核间EDMA 硬件传输数据 最高主频达到了1.25GHz，同时还提供了丰富的软件库函数，如算术操作库、数字信号处理库、图像库等，丰富的硬件与软件资源为其成为雷达信号处理的平台提供了保障。
1 雷达软件结构在某低慢小目标探测雷达设计中，雷达采用方位上360度机械扫描、俯仰上发射宽波束，接收上通过数字波束合成形式形成多个俯仰指向的多波束完成对俯仰空域的覆盖。
雷达的软件结构如图1所示。
雷达软件主要包含DBF （数字波束形成）软件、信号处理软件、数据处理软件、操控终端软件。
其中DBF 软件主要对雷达天线接收的回波信号进行数字采样，并且下变频到中频信号，最后通过形成多个指向的数字波束数据，并将数据传输到信号处理软件，信号处理软件主要完成脉冲压缩、相参积累与点迹检2 雷达信号处理软件某低慢小目标探测雷达共有4个波束，根据带宽和处理速度分析，雷达系统中信号处理共使用1片V7 FPGA+ 2片C6678 DSP 的硬件结构，首先在FPGA 内完成4路DBF 处理数据的数据提取、脉冲压缩、乒乓处理等，波束1和波束2的数据输出到DSP1，波束3和波束4的数据输出到DSP2，分别完成4路回波数据的数据重排、MTD、CFAR、杂波图处理等。
基于DSP28355的简易信号源硬件设计
图2核心板电路原理图
2.3.2 D/A方案选择和电路设计
D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模拟量的器件。DAC主要由数字寄存器、模拟电子开关、位权网络、求和运算放大器和基准电压源（或恒流源）组成。主要特性指标包括：分辨率、线性度、转换精度、转换速度。在本系统中，主要关心两个问题，首先就是D/A的分辨率，其次就是采用串行还是并行的D/A。其中分辨率主要取决于芯片的位数，如N位D/A转换器，其分辨率为1/(2^N-1)，位数越高，分辨率就越高，转换就更精确。这里有两种方案，用表格的形式做了一个简单的比较，如下表3所示:
因此在本系统中，决定选用TI公司的一款TMS320C28X系列浮点DSP控制器TMS320F28335型数字信号处理器作为波形发生和系统控制处理芯片。28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM)，12位16通道ADC。与前代DSP相比，平均性能提高50%，并与定点C28x控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。
引脚功能说明如下表4：
表4 TLV5638引脚说明
引脚编号
引脚名称
引脚功能
1
DIN
串行数据输入
2
SCLK
串行时钟输入
3
/CS
片选信号，低有效
4
OUTA
A通道模拟电压输出
DSP原理及应用课程设计实验报告
学院：信息与电气工程学院班级：电信081 姓名：学号：课程：DSP原理及应用实验日期：_____年月日成绩：实验一开发环境建立一、实验目的(1) 学会CCS软件的安装方法。
(2) 熟悉CCS集成开发环境，掌握工程的生成方法。
(3) 熟悉CCS常用菜单的使用。
(4) 掌握CCS集成开发环境的调试方法。
二、实验原理CCS是进行DSP开发的一个集成环境，它是在 WINDOWS系统下工作的一个软件，通过该软件，我们可以进行DSP程序及系统的开发。
CCS提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具，是进行DSP开发的常用工具，它是在WINDOWS系统下工作的一个软件，通过该软件，我们可以进行DSP程序的编辑及系统的开发。
3. 实验仪器和设备(1) 主机1台(2) 仿真器1台(3) 主机1台三、实验内容及步骤3.1 CCS 安装双击Code Composer Studio 图标；按照光标与提示依次执行，最后安装完成后重启计算机。
3.2 SEED-XDS510PLUS 的驱动安装1、将SEED-XDS510PLUS 仿真器的USB 插头插入PC 机的USB 插槽中，启动计算机后识别SEED-XDS510PLUS 硬件，识别后安装其驱动程序。
2．按照提示依次执行，同时默认路径为CCS 的安装路径。
3．安装完毕后打开控制面板查看系统中的设备管理器，出现如下结果，证明硬件连接成功。
学院：信息与电气工程学院班级：电信081 姓名：学号：课程：DSP原理及应用实验日期：_____年月日成绩：4．将仿真器JTAG 插头与实验箱主控板SEED-DEC6713 的JTAG 插头J1 相连，打开实验箱电源开关。
观察SEED-DTK_MBoard 单元的+5V、+3.3V、+15V、-15V 的电源指示灯以及SEED-DEC6713 的D2 与D4 的电源指示灯均亮。
5．双击usb20rest.exe，如下图。
可以对仿真器进行复位：3.3 驱动程序的配置1．双击桌面上的Setup CCS 2(6000)。
基于DSP的高速实时语音识别系统的设计
基于DSP的高速实时语音识别系统的设计
实时语音识别系统中，因为语音的数据量大，运算复杂，对处理器性能提出了很高的要求，适于采纳高速实现。
虽然DSP提供了高速和灵便的硬件设计，但是在实时处理系统中，还需结合DSP器件的结构及工作方式，针对语音处理的特点，对软件举行反复优化，以缩短识别时光，满足实时的需求。
因此如何对DSP举行优化编程，解决算法的复杂性和硬件存储容量及速度之间的冲突，成为实现系统性能的关键。
本文基于TMS320C6713设计并实现了高速实时语音识别系统，在固定文本的说话人辨识的应用中效果显著。
1 语音识别的原理
语音识别的基本原理框图1所示。
语音信号中含有丰盛的信息，从中提取对语音识别实用的信息的过程，就是特征提取，特征提取办法是囫囵语音识别系统的基础。
语音识别的过程可以被看作足模式匹配的过程，模式匹配是指按照一定的准则，使未知模式与模型库中的某一模型获得最佳匹配。
1.1 MFCC
语音识别中对特征参数的要求是：
(1) 能够有效地代表语音特征；
(2) 各阶参数之间有良好的自立性；
(3) 特征参数要计算便利，保证识别的实时实现。
系统用法目前最为常用的MFCC(Mel FrequencyCepstral Coefficient，美尔频率倒谱系数)参数。
求取MFCC的主要步骤是：
(1) 给每一帧语音加窗做FFT，取出幅度；
(2) 将幅度和组中每一个三角滤波器举行Binning运算；
(3) 求log，换算成对数率；
第1页共5页。
基于DSP5409数字音频处理系统的实现
．
ｆ ３ ］ 清 源科技． Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｃ ５ ４ Ｘ Ｄ Ｓ Ｐ 硬件 开发 教程【 Ｍ］ 北 京： 机械 工业出版社， ２ ０ ０ ３ ．
Ｍａ ｎｕ １． ａ Ｔｅ ｘａ ｓ Ｉ ｎｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎｔ ｓ ２０ ０１ ．
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图１系统 总体 方案框图
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公 司 推 出的 一 个 完整 Ｄ Ｓ Ｐ 集成开发环境 ，
图２ 自动增益控制 峰值Ａ ６ Ｃ 算法流程 图
目前 的最 高版 本 为Ｃ Ｃ Ｓ ３ ． ２ ，该平 台集 成 了 编 辑 、编 译 连接 、 调试 及 仿 真等 功 能 ，支 持Ａ Ｓ Ｍ 、Ｃ ／ Ｃ ＋ ＋ 等 语 言 ， 并提 供 多 种 实 时 分 析 和 编 程 方 法 ，是 目前 功 能 最 全 的Ｄ Ｓ Ｐ 开 发 平 台 。Ｃ Ｃ Ｓ 支 持 ． ａ ｓ ｍ ， ． Ｃ ， ． ｈ ，
基于DSP的IIR数字滤波器的设计与实现
基于DSP的IIR数字滤波器的设计与实现摘要：叙述了IIR数字滤波器的设计原理及其在DSP上的实现思路，并对用DSP实现IIR数字滤波的方法进行了分析。
用MATLAB计算出IIR数字滤波器的系数，考虑到溢出问题，采用级联的形式对滤波器进行分解，最后在TMS320VC5416 DSP上得以实现，并通过CCS(come composer studio)的输入输出功能和RTDX(real-time data exchange)的功能保证实现结果和仿真结果的一致性。
关键词：IIR数字滤波器DSP 算法数字滤波器在各种数字信号处理中发挥着十分重要的作用，数字滤波器设计一直是信号处理领域的重要研究课题。
常用的数字滤波器有FIR滤波器和IIR滤波器,其中IIR数字滤波器因具有结构简单、占用存储空间少、运算速度快、较高的计算精度和能够用较低的阶数实现较好的选频特性等特点[1]，得到了广泛应用。
DSP芯片有适合于数字信号处理的软件资源和硬件资源，是实现数字信号处理的重要途径[2]。
目前所见文献，多数为滤波器的模型设计，所得结果也是在MATLAB等实验环境下模拟仿真完成的，带有很大的局限性。
本文讨论IIR数字滤波器在DSP上的实现思路，并对其实现方法进行了分析。
1 数字IIR滤波器的理论设计分析数字滤波器实际上是一个采用有限精度算法实现的线性非时变离散系统，滤波器的功能实现实际上是通过大量的加法运算和乘法运算完成的。
IIR数字滤波器差分方程的一般形式为：从IIR数字滤波器的实现来看，有直接型、级联型、并联型和格型等基本网络结构。
不同的结构形式会有不同的运算误差，其稳定性、运算速度、所占用的存储空间等也有所不同[3]。
其中直接Ⅱ型仅需要N 级延迟单元，且可作为级联型和并联型结构中的基本单元，是最常用的IIR数字滤波器结构之一。
IIR数字滤波器的设计方法有两类[4]，一类是借助于模拟滤波器的设计方法设计出模拟滤波器，利用冲激响应不变法或双线性变换法转换成数字滤波器，然后用硬件或软件实现；另一类是直接在频域或时域中进行设计，设计时需要计算机作辅助工具。
基于DSP Builder数字信号处理器的FPGA设计
器 由 于 以顺 序 方 式 工 作 使 得 数 据 处 理 速 度 较 低， 在 功 能 重 且
构 及 应用 目标 的 修 改 方 面缺 乏 灵 活 性 。而 使用 具 有 并 行 处 理 特 性 的 Ｆ Ｇ 实现 数 字 信 号 处 理 系 统 ， 有 很 强 的 实 时性 和 ＰＡ 具 灵活性 ， 因此 利 用 ｎ Ａ 实 现 数 字 信 号 处 理 成 为 数 字 信 号 处
号 处理 器设 计 方 法 。并按 照 Ｍａａ／ｉ ｕ ｎ Ｓ ｕ ｄｒ ｕ ｒ ｓＩ 计 流程 ， 计 了一 个 ｌ ｔ ｂＳｍ ｌ ￣Ｄ ＰＢ ｉ ｅ／ ａｔ １设 ｌ ｉ ｌ Ｑ ｕ 设 ２阶 兀Ｒ低 通数 字滤 波 器 。 通过 Ｑ ａｕ ｕｒ ｓ时序 仿 真及 嵌 入 式逻 辑 分 析仪 Ｓｇａ ａ Ｉ 件 测 试 对 设 计 进行 了验 证 。 结果 表 明 。 设 计 的 ｎＲ 滤 波 ｔ ｉ ｌ ｐＩ硬 ｎＴ 所
ＦＰＧＡ ｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｉａ ｉ ａ ｒ ｃ ｓ ｏ ｓ ｄ ｎ ＤＳＰ ｌ ｒ ｄ ｓｇ ｆｄ ｇ ｔ ｌｓｇ ｌｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｂａ ｅ ｏ ｎ Ｂｕｉ ｄｅ
Ｌ ＩＮｅ ｇ ｆｎ Ｅ ｎ－ ｇ ａ
（ ｅａｔｅ ｔｆＰｙｉ ｎ ｌｃ ｏｉ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｉａ ｅｃ ｅｓＵ ｉ ｒｉ， ｉａ １０ ０ Ｃ ／ａ Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏ ｈｓ ｓａｄＥｅｔ ｎ ｎｉ ｒ ｇＷｅｎｎＴａｈｒ ｎｖ ｓｙ Ｗｅｎｎ７ ４０ ， ｈｎ ） ｍ ｃ ｒｃ ｅ ｎ ｅ ｔ
ｐａ ｔ ａ ｓ ａｅ ｎＳｇ ａＴ ｐＩ Ｔ ｅｒｓ ｌｓ ｏ ｓｔｅｄ ｓｇ ｅ ｌ ｒｉ ｃ ｒｅ ｔ ｎｆｎ ｔ ｎａ ｄｇ ｏ ｅ ｏｍａ ｃ ． ｒｃｉ ｌｔ ｔｂ ｓｄ ｏ ｉｎ ｌａ ｃ ｅ Ｉ． ｈ ｅｕｔ ｈ ｗ ｅｉｎ ｄ ｆｔ ｏｒｃ ｃｉ ｎ ｏ ｄ ｉ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｈ ｉｅ ｓ ｉ ｕ ｏ ｎ ｆ
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第１１期 李雨田等．基于ＤＳＰ的数据处理器的设计与实现 基于ＤＳＰ的数据处理器的设计与实现 李雨田 刘婧一 宋洪武 孙 旭“ 崔 涛 （国网吉林省电力有限公司ａ．电力科学研究院；ｂ．长春供电公司） 摘要利用ＤＳＰ的内部资源和外设接１：７，设计基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２、ＡＤ转换芯片ＡＤ７６５６和网络芯片 Ｗ５１００的数据处理器，给出了系统硬件结构设计、芯片之间接１：７电路设计和软件实现方法。实现了对工 业现场电压信号和电流信号的实时同步采样，同时对采集到的数据进行相关处理，并利用网络接口将数 据发送到ＰＣ机进行显示和分析。 关键词 数据处理ＤＳＰ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ ＡＤ７６５６ Ｗ５１００硬件结构 电路设计 软件实现 中图分类号ＴＨ８６５ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０００－３９３２（２０１７）１１—１０６５－０５
在工业测控系统中，对设备运行状态信号进 行精确快速采集、监测和记录，是进行工业自动控 制，以及故障类型和位置分析的基础 。 数字信号处理器（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ， ＤＳＰ）具有强大的控制和信号处理能力，广泛应用 于通信、工业测控等相关领域。ＡＤ７６５６是一种高 速、低功耗、６通道同步采样的１６位模数转换器， 每个输入端都有一个跟踪保持放大器，实现该通 道的采样与转换功能，非常适用于多路同步数据 采集系统 ’ 。Ｗ５１００是一款多功能的单片网络 接口芯片，内部集成有１０／１００Ｍｂ以太网控制器， 主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌 入式系统。Ｗ５１００内部集成了全硬件的ＴＣＰ／ＩＰ 协议栈、以太网介质传输层（ＭＡＣ）和物理层 （ＰＨＹ） 。使用Ｗ５１００只需进行简单的端口 （Ｓｏｃｋｅｔ）编程。Ｗ５１００提供了３种与ＭＣＵ间的 接口：直接并行总线、间接并行总线和ＳＰＩ总线， 可以方便地实现与ＭＣＵ问的数据传输。同时 Ｗ５１００与ＭＣＵ接口非常简单，就像访问外部存 储器一样。 笔者设计的数据处理器，主要应用于风力发 电机组的状态监测，实时采集现场的振动信号、电 压信号及电流信号等，并对它们进行相关的处理 与分析，然后将数据通过光纤网络传输到主控室
内的上位机，进行进一步的分析与显示，确定机组 的运行状态。
１ 硬件部分 １．１ 整体结构 为了准确分析风力发电机组的运行状态，要 求现场采集的数据要具有同步性，但是 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２内部的ＡＤＣ模块只包含两个采样 保持器，所以最多只能实现两通道的同步采样。 为此采用ＡＤ７６５６作为外部ＡＤ，实现所有通道的 同步采样。由于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２本身不具有网络 接口，虽然可以通过ＳＰＩ和ＣＡＮ模块发送数据， 但是当数据量非常大时发送数据所用时间较长， 不能满足整个系统的工作要求，因此采用Ｗ５１Ｏ０ 外扩网络接口，实现数据的网络发送，减少发送数 据所用时间。 笔者设计的数据处理器主要针对现场模拟量 信号的采集。为了更好地适应实际需求，分别设 计０～５Ｖ电压信号和４～２０ｍＡ电流信号的外部 接口。现场信号经过调理电路处理后进人 ＡＤ７６５６进行ＡＤ转换，然后将转换后的值送人 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２。在ＤＳＰ内对采样数据进行相关处 理后，通过Ｗ５１００扩展网络接口将数据发送到 ＰＣ机上进行显示和分析，从而构成完整的数据采 集系统。系统硬件原理框图如图１所示。
作者简介：李雨田（１９８９－），工程师，从事电能计量装置的现场校验工作，１ｉｙｕｔｉａｎ８２９＠１６３．ｃｏｍ。 １０６６ 化工自动化及仪表 第４４卷 图１ 系统硬件原理框图 １．２ ＡＤ７６５６与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的接口设计 ＡＤ７６５６提供高速并行接口和高速串行接口， 其中并行接口还分为字工作模式和字节工作模 式。本设计中采用高速并行接口与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ 连接。ＡＤ７６５６与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的连接如图２所 示。
ＴＭ￥３２０Ｆ２８ｌ２ ＡＤ７６５６ ＧＰ１０ＢＯ ／ＣＳ ＧＰ１０Ｂ１ ／ＲＥＳＴ ＧＰ１０Ｂ２ Ｃ０ＮＶＳＴ ／ＸＲＤ ，ＲＤ ＸＩＮＴ２ ＢＵＳＹ
ＸＡ［１５．．Ｏ】 ＡＤＤＲ［１５—０】
图２ ＡＤ７６５６与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２连接 为了实现６路ＡＤ通道同步采样，将ＣＯＮＶＳＴ 的Ａ、Ｂ、Ｃ３个引脚连在一起，与ＤＳＰ的ＧＰＩＯＢ２
引脚相连，将该引脚设置为通用Ｉ／０ ＩＳｌ 然后用该 引脚输出端电平的变化实现对ＡＤ转换的控制； ＢＵＳＹ引脚与ＸＩＮＴ２引脚相连，利用转换完成后 ＢＵＳＹ信号的变化进入ＸＩＮＴ２实现中断，并在中 断内部读取数据；片选信号端与ＧＰＩＯＢＯ相连，一 直保持为低电平，确保数据正常读取；复位端与 ＧＰＩＯＢ１相连，在每次上电后，通过对ＧＰＩＯＢ１脚 输出电平的控制，对ＡＤ７６５６进行复位操作。 １．３ Ｗ５１００与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的接口设计 本设计中采用直接并行总线的连接方式，即 将Ｗ５１００和ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２相互对应的数据和地 址总线直接连接在一起。在该方式下电路设计较 为简单，类似于ＤＳＰ的外扩ＲＡＭ，只是增加了几 条控制线，对Ｗ５１００的操作与读写ＲＡＭ是一样 的，操作简便。Ｗ５１００与ＤＳＰ的连接如图３所 示。
ＴＭ￥３２０Ｆ２８ｌ２ Ｗ５１００ ，ＸＺＣＳ２ ／ＣＳ ，ＸＷＥ ／ＷＲ ，ＸＲＤ ，ＲＤ ＸＩＮＴ１ ，ＩＮＴ ＧＰＩＯＢ３ ，ＲＥＳＴ
ＸＡ【１４．．０】 ＡＤＤＲ【１４．．０】 ＸＤ［７．．０］ ＤＡＴＡ［７．．０】
图３ Ｗ５１００与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２连接 １．４系统调理电路 由于现场数据信号会包含较多的噪声，为此 需对采集到的数据先进行相关的处理，如滤波处 理和幅值调制，电压信号调理电路如图４所示。
图４ 电压信号调理电路 Ｔ Ｚｌ４ ３Ｖ 第１１期 李雨田等．基于ＤＳＰ的数据处理器的设计与实现 虽然电流信号的抗干扰能力强，但是ＡＤ７６５６ 只能够对电压信号进行采样和转换，因此需要通 过调理电路对电流信号进行处理，转换成对应的 电压信号，电流信号调理电路如图５所示。
图５ 电流信号调理电路 ２ 软件部分 ２．１ 软件工作流程 系统程序的设计实现，主要是针对 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２进行软件编程。系统工作流程如图 ６所示。 图６ 工作流程 首先对ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２进行系统初始化，其中 包括系统主频和相关时钟的确定、ＧＰＩＯ口的初始 化、中断向量表的分配和中断的初始化。然后通 过Ｔ１定时器周期中断来控制ＡＤ７６５６的启动转 换信号，从而根据周期中断的时间确定采样频率； 在转换信号启动后，等待转换完成后ＢＵＳＹ信号 电平的变化，从而进入ＸＩＮＴ２中断，在中断内读 取转换数据，完成一次采样。然后重复以上操作， 直到完成所有数据的采样，并进行相关的数据处 理。然后准备数据的发送，首先对Ｗ５１００进行初 始化，配置相应的ＩＰ地址、子网掩码及网关地址 等信息；然后对所用端口初始化，配置对应的端口 号和工作模式；侦听上位机的连接请求，一旦建立 连接进入ＸＩＮＴ１中断，完成数据的发送和接收； 当完成数据的传输后，再次进入中断断开连接，然 后重复上述操作，实现数据的传输 。 ２．２ ＸＩＮＴＦ外部接口 外部接口ＸＩＮＴＦ主要用来对ＤＳＰ进行相关 功能的扩展，如ＳＲＡＭ、ＡＤＣ模块等。本设计中， 外扩的ＲＡＭ、ＡＤ７６５６和Ｗ５１００都属于其扩展模 块，因此都需映射到对应的ＸＩＮＴＦ区域内，其中 ＡＤ７６５６对应Ｚｏｎｅ０、Ｗ５１００对应Ｚｏｎｅ２、外扩 ＲＡＭ对应Ｚｏｎｅ６。由于外扩的模块通常与ＤＳＰ 本身的处理速度不同，因此需要配置相应寄存器 实现与慢速外部存储器的接Ｅｌ：配置ＸＩＮＴＣＦ２控 制对应的工作时钟等；配置ＸＴＩＭＩＮＧ０／２／６决定 对应的建立、激活及跟踪周期等；配置ＸＢＡＮＫ为 对应的区域添加等待周期 。 ２．３ ＡＤ７６５６ ２．３．１ ＡＤ７６５６的启动采样程序 根据数据手册可知，ＣＯＮＶＳＴ的Ａ、Ｂ、Ｃ引脚 在上升沿信号触发时，启动ＡＤＣ转换。由于这３ 个引脚都连接在ＧＰＩＯＢ２上，因此可以通过控制 化工自动化及仪表 第４４卷 ＧＰＩＯＢ２ Ｌ】输出电平的变化来启动采样。程序代 码如下： Ｇｐｉｏ１）ａｔａＲｅｇｓ．ＧＰＢＣＬＥＡＲ．ｂｉｔ．（，ＰＩＯＢ２＝ｌ： ＤＥＩ ＡＹＵＳ（２）；
ＧｐｉｏＤａｔａＲｅｇｓ．ＧＰＢＳＥ＿ｒ．ｂｉｌ．ＧＰＩＯＢ２＝１： ２．３．２ ＡＤ７６５６的数据读取程序 所有通道转换完成后，ＢＵＳＹ引脚由高电平 变为低电平，程序进入ＸＩＮＴ２中断，枉中断内渎 取转换数据，完成一次数据的采样干¨渎取。为了 准确读取采样数据，首先要在ＣＭＤ文件中分配外 部存储地址，然后在主函数文件内声明对应的数 据空间，最后进入中断函数内读取数据。程序代 码如下： ＃ｄｅｆｉｆｌＰ ＺＯＮＥ０ （ｉｎｔ ）ＯｘＯ０２０００ ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜６；ｉ＋＋） ＡＤ『ｉ］＝ ＺＯＮＥ０： ２．４ Ｗ５ｌ００ Ｗ５ｌ００采用 ＦＣＰ通信方式，是一种以连接为 基础的通 。ＴＣ１ 有帔务器模式和客户端模式两 种连接方式，本设计采用服务器模式，等待接收上 位机的连接请求，然后建立连接传输数据。对于 Ｗ５１００，在编程中，只需对使用的端口进行简单设 置与编程 叮。由于采用直接许行总线方式与 ＤＳＰ进行连接，因此对于Ｗ５１００相关寄存器的操 作，可以直接通过总线进行读写。如对Ｗ５１００进 行软件复位，程序代码如下： ｕｎｓｉｇｎｅ，ｄ ｃｈａｒ ｐｔｒ； ｐｔｒ＝（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ）Ｗ５１Ｏ０一ＭＯＤＥ； ｐｔｒ＝ＭＯＤＥＲＳＴ； 根据数据手册，学习相关寄存器的功能与用 法，然后通过以上方式配置对应寄仔器，完成 Ｗ５ｌ（）０初始化、端口初始化、侦听和数据发送与 接收子程序的编程，从而实现数据的网络发送。 ２．５数据的 示和分析 将数据处理器通过光纤网络 上位机相连， 将数据传输剑其分析界面，以供进一步的分析与 处理。该分析和显示界面（ ７）足 于ＬａｂＶＩＥＷ 软件开发实现的，不仅可以记录数据的ｊＩＬ体数值 和时域波形，还可以进行卡口关的频域分析。
图７ 数据显示和分析界面 ３ 结束语 基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２、ＡＤ７６５６和Ｗ５１００芯片， 设计＿ｒ一套数据处理器，实现ｒ对风力发电现场 电压信号和电流信号的同步采样，以及通过网络 接口利用ＴＣＰ／ＩＰ协议实现了数据传输。在保证 数据采样同步性的同时，大幅提高了数据传输的 速度和稳定性。该系统已经应用于某风力发电机 组状态监测系统中，实践证明，具有较好的稳定性 和可靠性。
参 考 文 献 ［１］ 郭涛，张英祥，陈峰．基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的数据采集