基于USB2.0与DSP技术的数据采集及实时处理系统的设计

论文摘要

数据采集与处理系统广泛应用于数据监测与分析等领域,DSP作为现代主要的信号处理技术,在数据采集与处理系统中起到关键作用,本文选用高性能的DSP芯片,使系统具备采集数据并实时处理的功能,而采用USB接口使系统与PC之间的数据传输速度极大提高,消除了瓶颈。本论文是针对课题“海中浮游植物粒径分布和浓度现场在线监测系统”而设计的数据采集与实时处理部分,主要采集海洋浮游植物激光激发荧光信号和多普勒信号,由于水下的浮游植物运动不规律,荧光信号和多普勒信号的出现也随之具有不可预知性,因此在本设计中采用DSP程序对两通道的数据进行预触发检测,当数据超过设定阈值时,才开始更大量的数据存储,从而得到双通道信号的全包络。系统通过DSP强大的信号处理能力可以很好的完成对多普勒信号进行频谱分析。本文主要介绍一种采样频率在5M以下的数据采集与实时处理系统的总体设计方案,阐述并分析了系统各部分的功能及实现方法,总体设计思想为:被测光信号经过传感器变为模拟电信号,通过AD转换器转换为数字量后,在CPLD的时序控制下,存入DSP并对数据进行FFT,处理后的数据经过USB接口传入PC机并显示实时频谱。在硬件设计方面,本文分别对系统的传感器模块、模数转换模块、信号处理模块、逻辑模块、电源模块、以及通讯模块的工作原理、设计方案和PCB设计做了具体介绍。在软件设计方面,本文阐述了采集系统的DSP算法程序的设计开发过程;在USB2.O协议的基础上介绍了接口芯片固件程序以及上位机应用程序软件的设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 本课题研究目的及意义
• 1.3 课题的主要研究工作
• 2 系统硬件设计方案
• 2.1 系统整体介绍
• 2.2 传感器模块
• 2.2.1 传感器简介
• 2.2.2 PMT 外围电路设计
• 2.3 数据采集模块
• 2.3.1 运算放大器设计
• 2.3.2 模数转换器设计
• 2.4 可编程逻辑模块
• 2.4.1 PLD 简介
• 2.4.2 CPLD 应用方案
• 2.5 系统电源模块的设计
• 2.5.1 模拟部分电源设计
• 2.5.2 数字部分电源设计
• 2.6 DSP 设计
• 2.6.1 DSP 芯片的选型
• 2.6.2 TMS320C6713B 结构简介
• 2.6.3 TMS320C6713B 存储空间分配
• 2.6.4 DSP 外部存储器扩展
• 2.6.5 FLASH 和SRAM 设计
• 2.6.6 DSP 仿真接口设计
• 2.6.7 HPI 接口设计
• 2.7 USB2.0 接口设计
• 2.7.1 EZ-USB FX2LP 结构简介
• 2.7.2 GPIF 模式简介
• 2.8 电路板的设计
• 2.8.1 PCB 设计前期准备工作
• 2.8.2 PCB 的布局和布线
• 2.9 小结
• 3 系统软件设计
• 3.1 DSP 的软件设计
• 3.1.1 DSP 程序设计简介
• 3.1.2 DSP 集成编程环境介绍
• 3.1.3 数据采集部分算法设计
• 3.1.4 FFT 算法实现
• 3.1.5 DSP 程序运行流程
• 3.2 USB 固件程序设计
• 3.2.1 固件各功能文件设计
• 3.2.2 固件的编译与烧写
• 3.3 设备驱动介绍
• 3.4 PC 机应用程序
• 3.4.1 Labwindows/CVI 设计
• 3.4.2 DLL 设计
• 3.5 小结
• 4 系统的调试及结果
• 4.1 运放、模数转换器及 DSP 的测试
• 4.2 除PMT 外的系统测试
• 4.3 整体系统在真实环境下测试
• 5 问题总结与展望
• 5.1 设计中的问题
• 5.2 课题总结
• 5.3 设想与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 附录