基于DSP的多方式数据采集系统研究

作 者 简 介 ： 庆 昌 （９ ２ ）男 ， 北 献 县 人 ， 士 研 究 生 ， 北 工 程 技 术 高 等专 科 学 校 助 教 ， 要 研 究 方 向 为 惯 性 导 航 及 控 吉 １８一， 河 硕 河 主 制 系统 等 。
பைடு நூலகம் ２期
吉 庆 昌 等 ： 于 ＤＳ 基 Ｐ的 多 方 式 数 据 采 集 系 统 研 究
基 于 ＤＳ Ｐ的 多方 式 数 据 采 集 系统 研 究
吉庆 昌 ， 帏 ， 欣 彤 刘 刘
（ 北 工程 技 术 高 等 专 科 学 校 电 气 自动 化 系 ， 北 沧 州 河 河 ０ １０ ） ６ ０ １
摘 要 ： 计 了 一 种 基 于 Ｄ Ｐ 的 多 方 式 数 据 采 集 系 统 ， 用 １ 位 ６通 道 同步 Ａ／ 转 换 器 ＡＤ７ ３Ｏ采 集 ３路 姿 态 传 感 器 信 号 和 设 Ｓ 利 ６ Ｄ ３６ ３ 速 度 传 感 器 信 号 ， Ｍ Ｓ ２Ｆ ８ ２片 内 的 １ 位 Ａ／ 转 换 器 采 集 ６路 温 度 信 号 并 在 Ｄ Ｐ内 部 进 行 信 息 的 融 合 和 解 算 。 果 路 Ｔ ３０ ２１ ２ Ｄ Ｓ 结
７ １
荡 器 电路 、 复位及 看 门狗 电路 、ＴＡ 调 试 电路 和工作模 式设 置 等组 成 。 Ｊ Ｇ 数 据采 集 电路 部 分采 用 Ａ／ 转 换芯 片和 Ｄ Ｐ本 身 的 Ａ／ Ｄ Ｓ Ｄ转 换模 块 两 种方 式 ， ３路 角加 速 度信 号 和 ３
路 线加 速 度计信 号 对精 度 和 同步性 要求 比较 高 ， 用 １ 高 精度 同步 Ａ／ 转换 芯 片 Ａ ３ ６ 行 采 集 ， 采 ６位 Ｄ Ｄ７ ３ ０进 信号 经 电压 跟随后 接入 ＡＤ７ ３ ０的 正 向输入 端 ， 向输 人端 接 人 ２ ５ 的参 考 电压 。为 了滤 去信 号 中 的高 ３６ 反 ．Ｖ
ＡＤ７ ３ Ｏ是具 有 ６ 模 拟信 号输人 、６位分 辨 率数 据输 出 的 Ａ／ ３６ 路 １ Ｄ转 换器 ， 由于每 路通 道 均包 含 独 自的 信 号 调 理 器 、 编 程 放 大 器 和 Ａ／ 转 换 部分 ， 此 能 保 证 ６ 模 拟 信 号 的 同 步 采 样 。在 数 字 接 口方 面 ， 可 Ｄ 因 路 ＡＤ７ ３ ０的 １ ３６ ６位 同步 串 口 Ｓ ＯＲ 可 以和 Ｆ ８ ２的 Ｓ Ｉ Ｍｃ Ｓ 口连接 实现双 向同步 通讯 ， Ｐ Ｔ 有 ３ Ｐ Ｔ ２１ Ｐ或 ＢＰ Ｓ ＯＲ
式 吻合 ， 置 Ｍｃ Ｓ 设 Ｂ Ｐ包 括 发 送 、 收 接
帧 同步 和时钟均 为外 部输 入 ； 发送 、 接
使 能 并复 位ＡＤ７ ３ ｏ ３６
（Ｅ ｌ Ｓ ＝ ，Ｒ Ｓ Ｔ １ Ｅ Ｅ Ｂ＝ ）
收 的每个 帧 同步传送 宽度 为 １ 位 ； ６ 发 送 端 （ 收端 ） 邻两 个 帧 同步延 时 为 接 相 １个数 据 位 ； 发送 中断 由 ＸＲＤ 标 志 Ｙ 触 发 ， 收 中断 由 ＲＲ 接 ＤＹ 标 志 触 发 。 通过 Ｍｃ Ｓ Ｂ Ｐ来 配 置 ＡＤ７ ３ ０主要 包 ３６ 括 设 置 分 频 因 子 配 置 发 送 时 钟 ＳＩ Ｃ 设 置 Ａ／ 的 采 样 频 率 ； Ｋ； Ｄ ＡＤ ３ ６ ７ ３ ０初 始化 流程 图如 图 ４所示 。
拟开关 可 同时采 集 不 同种 类 的信号 。 ２ １ Ｆ ８ ２外设 包含 １个 Ｓ Ｉ口和 １ 多通 道缓 冲 串 口 Ｍｃ Ｓ Ｐ 个 Ｂ Ｐ两 者 均可 以 和 ＡＤ７ ３ ０的 同步 串行 接 口 Ｓ Ｒ ３６ Ｐ ＯＴ进 行通 讯 。 外 Ｆ ８ ２ ３ 另 ２ １ 是 ２位 的主 频 １ ０ ５ ＭＨｚ的数 字 信号 处理 器 ， 可
（ Ｈ＝ ７ ０ ） ＣＲ ８ ０ Ｈ
使能数据模式，禁止软复位
（ Ａ＝ ０ Ｈ） ＣＲ ８ ０１
Ａ／ 转换 模 块 设 计 了一 种 多 方 式 数 Ｄ
据 采 集系 统 。 ６ 分辨 率 ６通道 同步 １位
图 ３ 系统 程 序 流 程 图
图 ４ ＡＤ７３ ０初 始 化 流 程 图 ３６
块 的设 计尤 为重 要 。在 系统 中需要 提供 给 ＡＤ７ ３ ０的 ＋５ 模 拟 电压 ， Ｄ Ｐ则 需要 ＋３ ３ 的 ＩＯ 电压 、 ３６ Ｖ 而 Ｓ ．Ｖ ／
＋３ ３ 的 Ａ／ ．Ｖ Ｄ模 块 的模 拟 电压 、 ． Ｖ 的 内核 电压 和 ＋ｌ ＋２ 的参考 电压 ， ＋１ ８ Ｖ、 ７ 同时系 统 中 的外 围芯 片需 要 用到 ＋５ 的数 字 电压 。在 电源 模块 设计 中， Ｖ 必须保 证 整个 系统 工作 在“ 一个 地” 的基 准上 ， 以在 Ｐ Ｂ板 所 Ｃ 上模 拟 地和数 字地 必须 在某 点 接地 。
输 人 的 ＡＤ ３ ６ ７ ３ ０负 责采 集 精度 和 同步 性要 求 比较 高 的 ３路线 加 速 度 和 ３ 角 加 速度 信 号 ； 内 １ 分 辨 路 片 ２位
率 的 Ａ／ Ｄ模 块负 责采 集精 度 和 同步性要 求 相对较 低 的温 度信 号 。结果 表 明 ， 系统实 现 了惯性 传感 器 模 拟 该
３ ３ 软 件设 计 ．
Ｆ ８ ２的程 序在 Ｃ Ｓ ． ２１ Ｃ ３ ３下编 写 、 试 和运行 ， 程 图如 图 ３ 示 。其 中 ＤＳ 调 流 所 Ｐ的初 始化包 括 Ｐ 设 置 、 Ｉ Ｉ
中断设 置 、 Ｉ Ｐ Ｅ设 置 、 Ｉ 设 置 、 时 器设置 、 Ｂ Ｐ接 口设 置 以及 Ａ ＧＰ Ｏ 定 Ｍｃ Ｓ ＤＣ设置 等 。为 了和 ＡＤ７ ３ ０工作 方 ３６
［ ］ 美 国 ＡＤ 公 司 ． ５ ＡＤ７ ３ ０ 据 手 册 ［ ］ 美 国 ＡＤ公 司 ，０ ０ ３６ 数 Ｚ． ２０ ． ［ ］ 美 国 ＴＩ 司． ６ 公 ＴＭＳ ２ Ｆ ８ ３ ０ ２ｘ多 通 道 缓 冲 串 口参 考 手 册 ［ ］ 美 国 ＴＩ 司 ，０ ２ Ｚ． 公 ２ ０．
之一 。若想 实现 数据 的同步 采集 ， 需外 置多 片采样 保 持器 、 拟转 换开关 ， 模 再辅 以同步 信号 产 生 电路 、 路抗 多 混 叠滤 波 电路等 ， 统结 构 复杂 Ｌ 。 于需要 实 时 同步 采集 ６路 传感 器信号 和多 通道 Ａ／ 转换 器 的特 点 ， 系 ２鉴 ］ Ｄ 采 用 一个 高精度 多 通道 同步采样 的 Ａ／ Ｄ转换 器对 于该 系统 尤 为重要 。 系统 的温 度误 差补 偿通 过设 置 温度 传感
种 工作 模式 ： 编程 模 式 、 数据 模式 和混 合模 式 。编程模 式 只接 收控 制命令 字 ， 于对 各个 控 制 寄存 器 的设置 ； 用
数 据模 式 只输 出采样 数 据 ； 混合模 式允 许在 输 出采样 数据 的过 程 接收控 制字 引。
收 稿 日期 ： ０ １Ｏ — ２ ２ １一 ４２
口通讯 的外设 、 要 具有 足 够高运 算速 度 以及一定 空 间 的 Ｆ Ｈ 和 Ｒ 还 Ｉ ＡＳ ＡＭ 。 主要 负 责采 集传 感 器数据 ， 它 对
数据 进行 误差 补偿 和 载体 姿态 、 度 的解 算 ， 速 最后将 结 果通 过 串 口发送 给 上位机 。
１ ２ Ａ／ 转 换 芯 片 ＡＤ７ ３ ０ ． Ｄ ３ ６
通道１６ ￣ 为单端输入方式
（ ＲＧ ８ Ｂ Ｈ） Ｃ ＝ ６Ｆ
４ 结 束 语
针 对 惯 性 传 感 器 数 据 采 集 的 特
点 ， 用 ６通 道 同 步 Ａ／ 转 换 芯 片 利 Ｄ
ＡＤ７ ３ ０ 和 ＴＭ ￥ ２ Ｆ ８ ２ 内 部 的 ３６ ３０ ２ １
通道１６ ￣ 为同相输入方式
Ｓ Ｌ ＝ ＭＨ ，采样频率为８ Ｈ Ｃ Ｋ２ ｚ Ｋｚ
（ ＲＢ ８ ０ Ｈ） Ｃ ＝ １０
使用内部参考电压＋ ． ２Ｖ ５
（ Ｃ＝ ２ Ｏ ＣＲ ８ Ｅ Ｈ）
通 道 ｌ６ 电 ，增 益 为０ｄ ￣上 Ｂ
（ ＲＤ ３ ８ ＣＲ ＝ ４ ８ ＣＲ ＝ ５ ８ Ｃ ＝８ ８ Ｈ， Ｅ ８ ８ Ｈ， Ｆ ８ ８ Ｈ）
用 于处 理高 精度 的数字 运算 。 存储 器方 面 ， ２ １ 在 Ｆ ８ ２包括 １ ８ 字 的 Ｆ ＨＭＥ ２Ｋ Ｉ ＡＳ ＭＯＲＹ、 ８ 字 的 片上 ＲＡＭ １Ｋ 和 ４ 字 的 Ｂ ＯＴ Ｒ Ｋ Ｏ ＯＭ［［ ３ 。为 了满 足要求 ＤＳ ］ Ｐ内部 需 要有 多 于 ６通道 的 Ａ／ Ｄ转换 器 、 容 Ａ ３ ６ 兼 Ｄ７ ３ ０串
２ ｌ ２ ６月 ０ １年期 第
校 ｊ 河 北 ＯＦＨＥ Ｅ ＧＩ 高 ＮＧ ＡＮＤ Ｅ 学 Ｉ Ｌ学ＯＬ Ｅ ｏＵＲＮＡＬ 工 程 Ｉ Ｂ 技 术 Ｅ 等 专 科 ＣＨＮ ＣＡ 报 ＧＥ ＥＮ ＮＥ ＲＩ Ｔ Ｃ Ｌ
Ｊ ｎ ２ １ Ｕ．０ｌ
ＮＯ ２ ．
文章 编 号 ： Ｏ ８ ３ ８ （ ０ １ ０ 一 Ｏ ６ 一 Ｏ Ｉ Ｏ ～ ７ ２ ２ １ ）２ Ｏ ９ ３
通 道 的 同步 采样 ， 解决 了 采样 时差 给数 据解 算造 成 的误差 ， 足 了信号 采集 中 的不 同精 度 要求 。 满
参 考 文 献
［ ］ 秦永元． １ 惯性导航［ ． Ｍ］ 北京 ： 学出版社 ，０ ６ 科 ２０． ［ ］ 毛 晓波等． ２ ＴＭＳ ２ Ｆ ４ ７与 ＡＤ ３ ６ 口电路设计［］ 矿山机械 ，０ ７ ３ （ ）１ ４１ ７ ３０ ２０ ７ ３ ０接 Ｊ． ２ ０ ，５ ７ ：０—０ ［ ］ 苏奎峰 ， ３ 吕强 ， 耿庆 峰 ， ＴＭＳ ２Ｆ ８ ２ 理与开发［ ． 等． ３０ ２ １ 原 Ｍ］ 北京 ： 电子工业 出版社 ，０ ５ ２０． ［ ］ 美 国 ＴＩ 司． ４ 公 ＴＭＳ ２ ｘ ８ ｘ数据 手册 ［ ］ 美 国 ＴＩ 司 ，０ ４ ３０２１ ｚ． 公 ２０．
频干扰 ， 在输人 端设 置 了低 通滤 波器 。 路 温 度信号 接 到 Ｆ ８ ２的 ＡＤ Ｉ ６ ２１ Ｃ ＮＡ２ ～ＡＤ １ Ｃ ＮＡ７端 口， 外将 模 拟 另 地 接入 Ａ Ｉ ＤＣ ＮＡ１端 口用 于 检测 模拟 端 的干扰 。 电源模 块负 责将 外部 输入 电压 转换 为 系统 内部需 要 的各 种 电压 ， 本系 统包 含的模 块 比较 多 ， 以 电源模 所