1、引言
便攜式振動測試分析儀憑借其輕巧方便,，適用范圍廣,，靈活性高，測量對象多的特點,。在旋轉振動信號采集領域取得了廣泛應用,。傳統(tǒng)振動側試儀采用8位或16位單片機作為其控制器,，用加速度傳感器或其他傳感器采集振動物理信號，并通過模擬調理電路和數字調理電路將該信號進行數字式量化,，然后利用處理器對數據進行時域和頻域分析,。但它的總體性能較差，主要表現：MCU功能弱,；工作模式簡單,；靈活性比較差；采樣精度低,；功耗較高,。對此采用TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" title="TMS320VC5502">TMS320VC5502" 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2,、器件選型
2.1 TMS320VC5502簡介
TMS320vc5502是一款高性能的DSP?？梢蕴峁┚哂?00 MHz雙MAC的強大性能,，可實現高速、大容量數字信號處理,，現已廣泛用于嵌入式電信設備,、消費類音頻、醫(yī)療,、生物辨識和工業(yè)傳感器等領域,。TMS320VC5502既提供了16／8位加強型主機接口(HPI)，可實現雙處理器間的數據通訊功能,；提供32位外部存儲器接口(EMIF),，以實現與廉價的SDRAM、SBRAM,、異步RAM和Flash存儲器的無縫連接,，便于外部存儲器擴展；具有3個McBSP和6通道DMA,，可支持128通道100 Mh／s的內外部數據傳輸,。
2.2 ADS1274簡介
ADS1274是一款高精度A／D轉換器,，具有24位精度．是一種寬動態(tài)范圍的新型A/D轉換器,，可實現4通道同步數據采集。ADS1274具有62 kHz的帶寬,，最高采樣頻率可達128KS／s,。主要特性包括：①采用差動輸入方式,，所以輸入端可直接與傳感器或微小的電壓信號相連；②采用∑一△結構,，具有寬泛的動態(tài)范圍和24位無差錯編碼,；③采用低噪聲增益可編程放大器(PGA)，可擴展動態(tài)范圍,，提高分辨率,；④內部采用三階數字濾波器，可濾除電源波紋和其他干擾,；⑤采用多種內部自校正技術,，用于校正失調電壓，校準滿刻度誤差,；⑥提供SPI或FRAME-SYNC接口,；⑦提供高速、高分辨率,、低功耗和低速4種工作模式可以供用戶選擇,；⑧采用獨立供電，+5 V模擬電源,，1．8 V數字電源,，1．8~3.3 V的I／0電源。ADSl274采用HTOFP一64封裝,。
3,、系統(tǒng)硬件設計
3.1 系統(tǒng)總體設計
該系統(tǒng)需要實現對旋轉機械信號進行多通道實時數據采集、預處理以及與上位機之間的數據傳輸等功能,。該系統(tǒng)采用TMS320VC5502作為主控制器件,，片上資源豐富，可提供全雙工緩沖串口以及多路I／0接口,。系統(tǒng)通過緩沖串口與A／D轉換器通訊．并通過兩路I／O接口實現對A／D轉換器工作模式的控制．通過DSP的增強型HPI接口實現采集數據與上位機的數據傳輸．其傳輸速度高達100 Mb／s,。TMS320VC一5502能高效地實現系統(tǒng)初始化、外圍器件和HPI通訊接口的配置,，并根據上位機ARM控制器傳送來的主機命令,，實時采集和處理數據．最后將處理后的數據包傳輸給上位機顯示、存儲和高級處理,。
3.2 TMS320VC5502與ADSl274的接口電路
ADS1274提供SPI或FRAME—SYNC接口,，可方便地實現與處理器的連接。該系統(tǒng)通過TMS320VC5502的多通道緩沖串口(McBSP)與ADS1274數據傳輸,。TMS320VC5502與ADS1274的電路連接如圖1所示,。
3.3 信號調理模塊
ADS1274通過設置可以采用單端輸入和差分輸入兩種模式。差分輸入可有效抑制零漂和消除信號共模干擾,，因此系統(tǒng)設計通過運放OPA1632后將信號輸入配置為差分輸入方式,，具體信號調理電路如圖2所示,。
3.4 電源模塊
TMS320VC5502需提供+3．3 V(I/O電源)和1．26 V(DSP核電源)兩種不同的供電電源，而ADSl274需對10VDD(+3．3V),、AVDD(+5 V),、DVDD(+1．8 V)分別供電，兇此系統(tǒng)設計需要電源模塊電路,，以保證系統(tǒng)正常工作,。這里，選用TI公司的專用電源轉換器設計電源電路模塊,，如圖3所示,。
3.5 ADS1274工作模式
由于∑一△結構的A／D轉換器由于采用過抽樣理論，允許犧牲速度換取高精度或犧牲精度獲取高采樣頻率,，因此通過對過抽樣率的調整來控制采樣頻率和采樣精度,，以滿足不同信號的采樣需求。ADS1274可提供高速,、高分辨率,、低功耗和低速4種操作模式供用戶選擇，也可通過配置MODE[1：0]引腳信號實現模式控制,。將ADSl274的模式選擇引腳MODE[1：0]連接到DSP巾的通用I/0端GPI03和GPI05引腳來選擇4種模式,。在數據采集系統(tǒng)初始化階段，通過設置使DSP從GPI-03,、GPIO5輸出相應的模式選擇信號,，從而實現模式選擇的可控性。同時,，通過DSP的定時器給ADS1274輸出時鐘,，從而更精確地控制4個通道的同步采樣頻率。
3.6 數據通訊接口
AD1274的數據輸出接口基于SPI和Frame一Sync兩種協(xié)議,，通過控制FORMAT[2：0]引腳來配置數據輸出模式,。該系統(tǒng)設計通過DSP的緩沖串口與A／D轉換器數據傳輸。通過將FORMAT[2：0]3個引腳置低,，而將數據接口配置為SPI協(xié)議的TDM模式,。
4、系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件設計主要包括TMS320VC5502串口和ADS1274初始化,、DSP主程序,、驅動程序和應用程序。DSP通過對McBSP復位并配置McBSP寄存器,，完成串口初始化,。ADS1274的初始化是通過配置控制寄存器而使數據、寄存器地址和配置信息在同一串口傳輸,，ADS1274采用SPI和FRAME-SYNC通信模式,，數據由DOUT讀出，然后通過McBSP串口將數據傳輸給DSP進行數據處理,。
系統(tǒng)軟件函數主要包括mcbsp0_init,，start_timerO，inter-rupt_init,，CSL_init(),，PLL_setFreq等。通過配置GPT和GPI0及系統(tǒng)中斷來控制兩個I／0端口的輸出,，以實現對ADS1274工作模式的控制,。
5、結語
在開發(fā)以ARM_DSP雙核架構為基礎的便攜式數據采集儀中,，為解決系統(tǒng)數據采集精度,、速度和功耗問題，構建了一種模式可控的高精度數據采集系統(tǒng),。該系統(tǒng)采用高性能DSP作為主控制器,，動態(tài)控制A／D轉換器的工作模式．增強了嵌入式系統(tǒng)的應用靈活性和通用性，使用戶可以根據任務靈活選擇A/D轉換器的工作模式,，以使系統(tǒng)工作在最佳的功耗和性能配比下,。該系統(tǒng)設計打破了以往A／D轉換器固定工作模式的設計理念，為構建嵌入式數據采集系統(tǒng)提供了一個更靈活,、通用的解決方案,。