基於DSP和USB技術的數據採集與處理系統

1 引言

　　採用dsp（數位訊號處理器）作為控制器，而採用usb（通用串行總線）和上位機相連接將是數據採集處理系統的一種可能的發展趨勢。

　　1.1 數位訊號處理器dsp

　　dsp晶片，又稱為數位訊號處理器，是一種特別適用於進行實時數位訊號處理的微處理器，採用它能滿足系統計算量大的要求。它的主要特點是：（1）它內部採用的是程序空間和數據空間分開的哈佛結構，允許同時取指令和取操作數;（2）晶片內多採用分離的總線結構，這樣可保證一個極其周期內可以多次訪問程序空間和數據空間;（3）採用流水線結構，在程序運行中取指、解碼、取操作數和執行階段是重疊的;（4）晶片內部一般都包括多個處理單元，它們可以在一個指令周期內同時進行運算;（5）dsp數字系統中設置了一些特殊的dsp指令，能更好地滿足數位訊號處理應用的需要;（6）指令周期短，如tms320f240的指令周期可達50ns;（7）硬體配置強，接口功能強，片內具有串行口、主機接口、dma控制器、鎖相環時鐘產生器和在片仿真測試訪問口等。dsp晶片的這些特點，使其在各個領域得到越來越廣泛的應用。

　　1.2 通用串行總線usb

　　usb（通用串行總線）協議是一些pc大廠商為了解決日益增加的pc外設與有限的主板插槽之間的矛盾而制定的一種串行通信標準。usb接口是一個快速的、雙向的、同步的、低成本的、動態的串行連接接口，支持主機和並發存取外設之間的數據交換。所連的外設通過主機調度和基於令牌的協議共享usb帶寬。usb的主要優點有：（1）速度快;（2）設備配置和安裝容易。所有的usb設備支持熱拔插，系統對其進行自動配置;（3）能夠採用總線供電;（4）易於擴展;（5）使用靈活，usb共有4種傳輸模式：控制傳輸、同步傳輸、中斷傳輸、塊傳輸，以適用不同的設備的需要;（5）容錯性強，usb協議規定了對各種可能遇到的錯誤的處理和恢復機制，保證了數據傳輸的正確性，同時，對設備的熱拔插處理迅速且不影響系統的正常工作;（6）實現成本低，usb對系統與pc的集成進行了優化，適合於開發低成本的外設。由於這些優點，usb的應用範圍很廣。

　　下面本文將介紹一個具體的基於dsp和usb技術的數字採集與處理系統給水泵運行狀態監測系統。本系統需要對給水泵運行過程中的過程量和機械量進行採集，需要對振動信號進行處理，下面分別介紹系統的工作原理、總體設計、硬體設計和軟體設計。

2 系統工作原理和總體設計

　　給水泵運行狀態監測系統主要完成各路機械量和過程量的採集，並對各振動信號進行階比譜分析，計算振動幅度的平均值，並將採集數據和分析結果上傳pc機，為在線檢修系統的專家系統提供給水泵的運行狀態信息;同時就地簡單顯示給水泵的狀態信息，並提供給水泵振動幅值越限和軸向位移越限報警。

　　系統的特點是計算量大，通信數據量大，而且給水泵運行狀態監測儀必須提供實時的狀態數據，這就對實時性提出了較高的要求。根據系統的這些特點我們採用dsp（數位訊號處理器）+usb（通用串行接口）的方案來滿足系統的需求。

　　給水泵狀態監測系統由信號調理電路、a/d轉換器、dsp處理器、sram、lcd、鍵盤以及基於pld的接口和邏輯控制電路組成。系統的總體設計框圖如圖1所示。