基于DSP的数据采集处理系统的设计与实现

论文摘要

随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理已经成为高速实时处理的一项关键技术,广泛应用在图形图像处理、语音识别、智能检测、工业控制等各个领域。很多要求对高速采集的图像数据进行快速处理的实时数据采集处理系统,选用DSP(数字信号处理器)作为核心处理器。本文阐述了一种基于数字信号处理器的高速数据采集系统的总体设计方法,分析了该系统在设计实现过程中需要解决的一些技术问题和难点,并对系统各部分功能的实现方法作出了详细的分析和介绍。本文分析论证了系统的特点、工作原理以及芯片的选择方法。从总体方案、硬件电路、软件程序、性能测试等几个方面给出了详细的设计方法。系统的硬件电路设计和软件设计是本文的重点。本文设计的数据采集处理系统采用TMS320F2812作为核心处理器完成对模拟信号的采集、处理和对电机的控制。这款DSP有丰富的片内外设,用它作为处理器进行电路设计,可以使电路结构设计简单,成本低廉,开发周期相对较短。系统选用USB(通用串行接口)作为和上位机通信的接口,实现处理数据的上传以及上位机对DSP的控制。采集到的数据经过DSP的处理后,通过USB上传到PC,由上层软件进行进一步的处理。根据系统的结构与功能要求,经过两种方案的比较,决定选用DSP芯片自带的AD模块作为系统的模数转换模块。经过试验结果检验,F2812内部模数转换器精度能满足系统的要求,本文还提出了提高转换精度、消除干扰的一些措施。在采集速度方面,系统采用级联同步采样方式对信号进行采集,采集转换速度可以大大提高。由于本文所用的核心处理器TMS320F2812上电顺序与其它DSP不同,CPU核先上电I/O外设后上电,针对这一问题,本文给出了一种电源供电设计方案,解决了上电顺序的问题。由于需要采集处理的图像数据量较大,F2812内部的存储资源无法满足系统要求,本文结合DSP芯片存储结构的特点,给出了扩展片外存储器的接口设计方案。此外,本文还给出了系统的主程序流程图,并详细叙述了系统的软件设计和实现过程,包括系统的初始化,数据采集,模数转换模块,数据处理算法,数据通信及代码优化等。并详细介绍了作为通信接口的USB固件的开发流程。最后,提到了系统调试过程中遇到的一些问题和解决问题的一些方法。本课题设计的图像采集处理系统具有体积小、速度快、成本低、编程灵活、接口简单、使用方便的特点,能够很好的解决系统体积、成本在实际应用中带来的问题,对于数据量小于1M×8bit的图像采集处理具有通用性,具有广泛的应用前景。

论文目录

• 目录
• Contents
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景和意义
• 1.2 DSP系统的构成及设计过程
• 1.3 课题的研究内容
• 1.4 论文的章节安排
• 第二章 系统的实现方案
• 2.1 采集处理系统分析
• 2.2 系统的器件选型
• 2.2.1 微处理器的选型
• 2.2.2 串行接口的选型
• 2.2.3 存储器的选型
• 2.2.4 其他器件的选型
• 本章小结
• 第三章 系统的硬件设计
• 3.1 系统的前端数据采集
• 3.1.1 采用ADS8364作为采集芯片
• 3.1.2 采用F2812自带的ADC模块
• 3.2 DSP的外围电路设计
• 3.2.1 电源电路
• 3.2.2 时钟电路
• 3.2.3 复位电路
• 3.3.4 JTAG电路设计
• 3.3 F2812与存储器的接口设计
• 3.3.1 F2812存储资源分配情况
• 3.3.2 外扩存储器接口设计
• 3.4 F2812与68013的接口设计
• 本章小结
• 第四章 系统的软件设计
• 4.1 系统的开发环境
• 4.1.1 CCS开发环境
• 4.1.2 USB的固件开发环境
• 4.2 DSP部分的软件设计
• 4.2.1 系统的初始化程序设计
• 4.2.2 A/D转换部分的软件实现
• 4.2.3 图像处理算法模块
• 4.2.4 SCI部分的软件设计
• 4.2.5 DSP与USB通信部分的软件控制程序
• 4.2.6 命令文件的编写及程序的优化
• 4.3 USB部分的软件设计
• 本章小结
• 第五章 PCB板制作和调试中遇到的问题
• 5.1 PCB板的设计
• 5.1.1 PCB板的布局布线设计
• 5.1.2 系统抗干扰设计
• 5.2 调试过程中的问题分析和解决方案
• 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表