基于DSP的高速数据采集系统的研制

摘    要：本文介绍了基于数据采集系统的虚拟仪器设计。通过软、硬件技术结合，实现了对多路模拟信号的采集处理，输出多种波形，充分发挥了虚拟仪器的优势。
关键词：虚拟仪器；DSP； USB

引言
随着计算机技术的普及，运用高速数据处理的场合越来越多。例如，高速数字信号处理系统、高速图象信息转换、语音实时处理系统等。本文设计并实现了基于TMS320C32和USB芯片的一套高速、高精度数据采集分析系统。该系统的DSP负责数据的采集，数据通过USB口送到计算机显示、计算。计算机应用程序便于实现丰富的图形界面，具有良好的人机接口，是一套很实用的虚拟仪器系统。

系统的总体结构
虚拟仪器的硬件部分主要分为数据采集和波形发生器两大部分。
数据采集系统由TMS320C32 微处理器芯片、USB芯片FX2、ADC芯片ADS8364、DAC芯片DAC7624/25、CPLD、FIFO存储器及其外围电路组成。原始信号通过处理变成A/D可以采样的信号后送入DSP采集系统，DSP系统通过高速、高精度A/D转换器ADS8364对输入电压信号进行单通道或多通道的采样，将16位采样结果存储在双FIFO存储器中。当其中一个FIFO存满，USB系统将数据从该FIFO存储器中读出，由收发器通过数据线(D+、D-)送至主机，同时另一个FIFO开始进行存储。本系统适用于多通道的高速采样，采样频率可以预置，以适应不同频率的输入信号。
波形发生器：信号种类包含正弦波、方波、锯齿波、三角波。输出幅值为-2.5V~＋2.5V。当输出选定波形时，先利用USB口将数据从主机中送到双FIFO进行缓存，DSP进行读写控制，将数据写入D/A12位数据总线，通过D/A转换输出电压， 经电压放大器进行放大后，达到要求的幅值。输出波形是通过改变每个周期输出点的个数来改变波形的频率的。通过改变D/A的输出通道实现对不同设备进行输入。
USB与上位机接口：负责与上位机进行通信。上位机通过USB接口将A/D采样频率及通道选择的预置数据传送到CPLD，利用CPLD实现对A/D采样频率和通道的改变。系统采集和处理后的数据通过USB接口送入上位机进行显示和分析。
使用CPLD和4046来实现A/D采样频率的改变，适用于不同频率的信号。通过预置分频器的数值，可方便地改变采样频率，适合于从几十Hz到250kHz范围的信号。采样频率可以灵活改变，同时也避免了高频信号对整个系统的干扰。图1是多通道高速数据采集系统的结构框图。
 
系统的主要组成部分
ADC模块
该模块采用的是高速、低功耗、六通道同步采样的16位ADC ADS8364，适用于噪声比较大的环境。每个输入端都有一个ADC保持信号，用来保证几个通道能同时进行采样和转换，可以对单极性或双极性输入电压进行A/D转换。本文采用双极性输入方式，输入电压可以是