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" 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。可以提供具有300 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、醫療、生物辨識和工業傳感器等領域。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、系統硬件設計
3.1 系統總體設計
該系統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，兇此系統設計需要電源模塊電路，以保證系統正常工作。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兩種協議，通過控制FORMAT[2：0]引腳來配置數據輸出模式。該系統設計通過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協議的TDM模式。
4、系統軟件設計
系統軟件設計主要包括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。該系統采用高性能DSP作為主控制器，動態控制A／D轉換器的工作模式．增強了嵌入式系統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，以使系統工作在最佳的功耗和性能配比下。該系統設計打破了以往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提供了一個更靈活、通用的解決方案。