您现在的位置: 范文先生网 >> 理工论文 >> 电子通信论文 >> 正文

基于DSP的USB口数据采集分析系统

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了一种基于DSP的USB口振动、噪声信号采集分析系统构造方案,并对其各模块进行了分析,该方案完全实现了在系统编程和配置。针对USB模块详细介绍了CYPRESS公司的EZUSB芯片,说明了其固件(Firmware)和驱动程序框架。

    关键词:DSP USB FPGA CPLD Firmware 驱动程序

随着DSP芯片功能越来越强,速度越来越快,性价比的不断提高以及开发工具的日趋完善,广泛用于通信、雷达、声纳、遥感、生物医学、机器人、控制、精密机械、语音和图像处理等领域。作为计算机接口之一的USB(Universal Serial Bus)口具有势插拔、速度快(包括低、中、高模式)和外设容量大(理论上可挂接127个设备)的特性,使其成为PC机的外围设备扩展中应用日益广泛的接口标准。本文设计并实现了基于DSP的USB口数据采集分析系统,该系统的DSP负责数据的采集和运算处理,处理结果通过USB口送计算机显示分析,其结构如图1所示。

该结构图中,CPLD和FPGA实现模块接口,包括串并转换、8位和32位数据总线间的转换、SRAM等功能。采样结果经过CPLD送至DSP运算处理(FFT变换、相关分析、功率谱分析等)后,由FPGA和USB接口送至主控计算机存储和显示。计算机应用程序易于实现丰富的图形界面,具有良好的人机接口。

1 模数模块

本系统主要用于振动信号和噪声分析,(范文先生网www.fwsir.com收集整理)要求采样精度高,采样频率不超过100kHz。根据要求选用CRYSTAL公司的CS5396。该芯片原本用于立体声采样,基于∑-Δ结构,采样精度高,24位分辨率,120dB的动态范围;采样频率32kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz可选;内部集成采样保持器、模拟低通滤波器、数字滤波器,同时还具有时采样功能;两路同时采样,串行输出,串行数据由CPLD转换成24位并行数据;由于该芯片量程是4V,差分输入,所以模拟部分只需再加上简单量程放大电路即可。这样模拟电路十分简单,抗干扰能力强、精度高。

2 DSP处理器

选择DSP处理器时主要考虑其运算速度、总线宽度和性价比。本系统采样结构24位,最好选用32位DSP;系统要进行实时信号分析、模态分析等,要求有较高运算速度,所以选用TI公司的32位浮点DSP——TMS320VC33。该芯片采用哈佛结构,6级流水线操作,指令执行周期7ns,外设包括一个DMA控制器和一个缓冲串口。

N点复数FFT变换约做2N×Log2N次实数乘法运算和3N×Log2N实时加法运算。TMS320VC33的乘法、加法都是单周期指令,取N=1024,不计内存访问和其它时间,则一次FFT所需时间为:10×5120×17ns约0.9ms。而按96KSPS的采样频率计算,1024点的采样时间约10ms,可见该DSP速度足以满足要求。

该DSP启动模式可选,上电后执行驻留在低地址空间的BOOTLOADER;然后根据4个中断输入信号的状态判断启动模式,可以从RAM、ROM或串行口启动。本系统选择串行口方式。这样,DSP程序可以直接从PC下载送至DSP接口,做到在系统调试,具有极大的灵活性。

3 USB接口

USB协议的实现基于网络的思想,是一种共享式的总线,在总线上数据以包(Packet)的形式发送。USB的数据传送有4种模式:块传输(Bulk Transfers)、中断传输(Interrupt Transfers)、同步传输(Isochronous Transfers)、控制传输(Control Transfers)。当需要快速传输大批量的准确数据时,一般采用块传输模式;当传输实时性较强的数据时,采用中断传输模式。

当USB设备插入计算机时,计算机和USB设备之间产生一个枚举过程。计算机检测到有设备插入,自动发出查询请求;USB设备回应这个请求,送出设备的Verdor ID和Product ID;计算机根据这两个ID装载相应的设备驱动程序,完成枚举过程。

由于USB协议非常复杂,开发者不可能在底层基础上进行开发。目前,市场上对USB协议进行封装的接口芯片,如:National Semiconductor公司的USBN9602、Plilips公司的PDIUSBD12等。本系统选用CYPRESS公司的带单片机内核的EZ-USB系列的AN2131QC.该芯片遵从USB1.0规范(12Mbps

[1] [2] [3] [4] 下一页

下页更精彩:1 2 3 4 下一页