雙CPU數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計

　　在嵌入式控制系統(tǒng)中經(jīng)常需要對現(xiàn)場物理量進行數(shù)據(jù)采集與實時處理，且要求系統(tǒng)具有良好的人機交互功能，這時僅采用DSP處理器往往不能滿足要求。本文選擇以單片機為主處理單元（主要完成各種控制和接口功能）、DSP芯片為從處理單元（主要完成數(shù)據(jù)運算和處理）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，該系統(tǒng)可獨立使用，也可與上位PC機進行通信。

　　1 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件總體設(shè)計方案

　　數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)　是指運用計算機處理信息而構(gòu)成的系統(tǒng)。其主要功能是將輸入的數(shù)據(jù)信息進行加工、整理，計算各種分析指標，變?yōu)橐子诒蝗藗兯邮艿男畔⑿问?，并將處理后的信息進行有序貯存，隨時通過外部設(shè)備輸給信息使用者。系統(tǒng)由MCU處理器、DSP處理器、8位高速A/D轉(zhuǎn)換器以及FLASH存儲器等部分組成，傳感器的信號送入高速A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，結(jié)果送入DSP中。這里DSP芯片采用了TI公司具有高速數(shù)據(jù)運算和處理能力的TMS320VC5402,運算結(jié)果通過HPI傳送到單片機，利用單片機方便的接口電路和控制功能，輸出并顯示結(jié)果或送入PC機做進一步處理。圖1為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，其中FLASH用于存放自舉引導(dǎo)程序。

　　2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件接口設(shè)計

　　2.1 A/D接口電路設(shè)計

　　隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術(shù)。由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路--模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

　　將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC,Analog to Digital Converter）；將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC,Digital to Analog Converter）；A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。

　　該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)首要的任務(wù)是將傳感器的信號經(jīng)過調(diào)理后進行A/D轉(zhuǎn)換。為了實現(xiàn)高速、實時的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換和處理，系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換模塊采用了TI公司的8位并行A/D器件TLC5510A[3-4],最高頻率可達20MHz,能實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)采集。該模塊采用單一+4V電源供電，正常工作時的最大功耗為150mW,適合便攜式儀器儀表使用。傳感器的信號通過TLC5510A的模擬量輸入引腳送入，利用DSP內(nèi)部定時器來控制A/D采樣率，在每次產(chǎn)生定時器中斷時對數(shù)據(jù)進行讀取，這樣可通過設(shè)置定時器的初始值來改變采樣率。圖2為A/D轉(zhuǎn)換接口電路圖，其中為片選端，低電平有效，時鐘由DSP內(nèi)部時鐘提供，送入A/D芯片的CLK引腳。轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)字量經(jīng)電平轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換器和DSP工作電壓不同）后直接送入DSP中，結(jié)合相關(guān)算法進行數(shù)據(jù)處理。

　　2.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)FLASH引導(dǎo)加載[5]

　　由于系統(tǒng)用于便攜式儀器中，加電后要有獨立運行的能力，而所使用的DSP芯片內(nèi)無永久性存儲器，所以系統(tǒng)運行時需進行自舉引導(dǎo)。DSP為脫機運行提供了五種引導(dǎo)模式，分別是：主機端口（HPI）引導(dǎo)模式；串行EEPROM引導(dǎo)模式；并行引導(dǎo)模式；標準串行口引導(dǎo)模式；I/O引導(dǎo)模式。其中并行引導(dǎo)方式在這里被認為是最佳的，但是SPI EEPROM引導(dǎo)方式價格偏高，而并行引導(dǎo)方式則可以采用FLASH,因為FLASH種類很多且價格較低，可以充分體現(xiàn)系統(tǒng)的性價比優(yōu)勢，故該系統(tǒng)中采用并行引導(dǎo)方式實現(xiàn)程序的自舉引導(dǎo)加載。