TMS320VC33控制的地震記錄儀設(shè)計

    摘要：本文詳細介紹TMS320VC33控制下的地震記錄儀的整體設(shè)計過程。本系統(tǒng)是采用TMS320VC33為主控芯片采集由16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD976轉(zhuǎn)換后的16位數(shù)字量；經(jīng)TMS320VC33處理后的16位數(shù)字量完成與上位計算機通信。主要應(yīng)用過采樣技術(shù)、濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)、DSP技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)等現(xiàn)代電路設(shè)計技術(shù)，使本系統(tǒng)成為數(shù)據(jù)采集的精典產(chǎn)品。

    關(guān)鍵詞：DSP（數(shù)字信號處理）、過采樣、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）

    引言

    本次設(shè)計主要采用TI公司生產(chǎn)的32位浮點數(shù)字信號處理芯片TMS320VC33作為系統(tǒng)的主控芯片；采用Analog公司生產(chǎn)的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD976作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片；采用Linear公司生產(chǎn)的八階開關(guān)電容式低通濾波器LTC1064－2作為硬件濾波芯片。本系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要分為兩個部分即：硬件電路設(shè)計和DSP軟件程序設(shè)計。

    1. 硬件電路設(shè)計

    考慮到系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，硬件電路設(shè)計主要分為四個部分即：信號前置處理和信號濾波處理、信號AD轉(zhuǎn)換、DSP功能實現(xiàn)，計算機接口電路。系統(tǒng)框圖如圖1：

    1.1 信號前置處理和濾波處理

    信號前置主要是通過DG419二選一模擬開關(guān)對兩個量程的信號進行切換選通，DG419的控制端由DSP直接控制，模擬信號通過DG419送給LF356運算放大器，進行信號的放大和一級濾波。這里用運算放大器人為作了一個二階濾波器，將信號整形處理幅值為±10V的準(zhǔn)備供給AD的電壓信號。通過前置處理的模擬信號經(jīng)過DG419進行選擇由DSP控制分成兩種情況即通過LTC1064－2濾波通道或者直接送給AD976，通過LTC1064－2的將前置信號的高頻濾掉，濾波器的轉(zhuǎn)折頻率由DSP提供的濾波時鐘控制。

    1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換

    信號經(jīng)前置整形和濾波后的±10V電壓信號送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD976，一個模擬量經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生16位數(shù)字電壓量，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后由AD976的BUSY管腳的狀態(tài)給后面的74HC574一個鎖存脈沖，將16位數(shù)字量信號鎖存到74HC574上，等待DSP來讀取數(shù)據(jù)。這里面AD976的轉(zhuǎn)換及前置DG419的信號選通都是由DSP主控的，從時間上能夠保證讀取AD轉(zhuǎn)換后的有效數(shù)據(jù)。

    1.3 DSP功能實現(xiàn)

    TMS320VC33是TI公司生產(chǎn)的高性能浮點數(shù)字信號處理芯片，根據(jù)DSP芯片本身的特點需要考慮幾個方面：

    (1) 電源供給

    DSP本身使用3.3V工作電壓，使用1.8V鎖向環(huán)電壓，需要采用TI公司推薦的電源芯片TPS767D318將＋5V電源電壓轉(zhuǎn)換成3.3V和1.8V。

    (2) 晶振產(chǎn)生電路

    根據(jù)使用的晶振不同采用的晶體振蕩起振電阻和電容不同，這里采用10M晶振，起振電阻和電容分別選用470歐姆和15pF電容。

    (3) 鎖向環(huán)電路

    鎖向環(huán)需要采用推薦電路，注意用的電阻分別為100歐姆和103電容。

    (4) 電平轉(zhuǎn)換電路

    由于DSPVC33只能接受3.3V電平信號，因此需要用電平轉(zhuǎn)換芯片74LVT245進行電平轉(zhuǎn)換，同時考慮對74LVT245的讀寫邏輯操作。

    1.4 計算機接口電路設(shè)計

    計算接口電路框圖如圖2所示。

    計算機接口電路主要完成計算機與DSP通信的功能。計算機通過給DSP一個硬件中斷向DSP發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)DSP響應(yīng)硬件中斷后通過程序?qū)⒅袛嗲宄?。計算機通過邏輯控制數(shù)據(jù)判斷FIFO狀態(tài)，決定讀取FIFO數(shù)據(jù)的時間。這樣完成了DSP與上位計算機的接口。

    2． DSP軟件程序設(shè)計

    DSP軟件程序設(shè)計主要完成發(fā)送通道選擇采樣時鐘、濾波時鐘；采集AD數(shù)據(jù)；處理AD數(shù)據(jù)（包括數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)整理）；保存數(shù)據(jù)到FIFO存儲器；處理硬件中斷。DSP軟件程序流程圖如圖3、圖4、圖5所示。

    3． 結(jié)論

    DSP控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要應(yīng)用了現(xiàn)代電子電路設(shè)計方法，數(shù)字信號處理技術(shù)、模擬濾波技術(shù)、系統(tǒng)抗干擾技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、可編程邏輯控制技術(shù)。整個系統(tǒng)選用了一批高性能的芯片，保證系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的采集精度，是數(shù)據(jù)采集的精典產(chǎn)品。