基于LabWindows／CVI和DSC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)綜合了MCU面向控制的特性以及DSP的快速計(jì)算功能，具有處理速度快，靈活、精確，抗干擾能力強(qiáng)，體積小及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，滿足了對(duì)信號(hào)快速、精確、實(shí)時(shí)處理及控制的要求。本設(shè)計(jì)采用的DSC為TMS320F28335芯片，該器件能夠以150 MHz的頻率提供每秒3億條浮點(diǎn)指令，與定點(diǎn)處理器相比，降低了相關(guān)的成本。數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件的開發(fā)需要可靠、快捷的平臺(tái)，由美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)開發(fā)的LabWindows／CVI給測(cè)試工程師提供了強(qiáng)有力的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境。它將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來。它與傳統(tǒng)編程工具VB、VC相比，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力，并且具備串口通信功能。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件主要包括：DSC處理器及其輔助電路、模擬信號(hào)調(diào)理電路和USB串口通信電路。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
1．1 TMS320F28335特點(diǎn)及ADC模塊特性
TI公司C2000系列的TMS320F28335芯片具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，其6個(gè)DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多達(dá)18路的PWM輸出。
TMS320F28335芯片內(nèi)置16個(gè)通道帶流水線的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。ADC模塊主要包括以下特點(diǎn)：12位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；2個(gè)采樣和保持(S／H)器；模擬輸入電壓范圍O～3 V；快速的轉(zhuǎn)換時(shí)間，ADC時(shí)鐘可以配置為25 MHz，最高采樣帶寬為12．5 MSPS。此系統(tǒng)中使用的是自主設(shè)計(jì)的TMS320F28335開發(fā)板，實(shí)物如圖2所示。
1．2 模擬信號(hào)調(diào)理電路
前端數(shù)據(jù)采集部分把采集到的各種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理。在信號(hào)調(diào)理過程中，采用以下幾個(gè)方面的措施來保證高精確度模擬信號(hào)輸入：采用高精確度的基準(zhǔn)電源；對(duì)信號(hào)采集部分的區(qū)域進(jìn)行屏蔽，防止外部噪聲干擾；使用低失真運(yùn)放AD823減小諧波失真，采用有源多階濾波器進(jìn)行濾波處理。
為獲得更高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，正確的PCB板設(shè)計(jì)是非常重要的。連接到ADCIN引腳的模擬量輸入信號(hào)線要盡可能地遠(yuǎn)離數(shù)字電路信號(hào)線。為減少因數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的耦合干擾，需要將ADC模塊的電源輸入同數(shù)字電源隔離開。
信號(hào)調(diào)理電路將傳感器輸出的雙極性電壓一10～+10 V，調(diào)理成單極性電壓O～2．5 V，以便輸入給DSC的ADC模塊。
1．3 USB串口通信電路
USB串口通信電路采用的是美國(guó)Silicon公司的USB―UART數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器CP2102，通過它實(shí)現(xiàn)USB2．0到UART的轉(zhuǎn)換。它不僅適合設(shè)計(jì)新一代帶有USB接口的系統(tǒng)，也可以利用它對(duì)采用RS一232通信接口的系統(tǒng)進(jìn)行改造，只需用CP2102取代RS一232電平轉(zhuǎn)換器即可。其電路原理如圖3所示。
評(píng)論