面向仪表的嵌入式DSP硬件平台

面向仪表的嵌入式DSP硬件平台

An Embedded DSP Hardware Platform for Instruments

天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室   王向军 屈向峰 李艳华

摘　要：实现了一种基于DSP技术的仪表硬件平台并对其性能进行了实验分析。实验表明，该平台具有较快的数据采集速度、较高的运算能力和精度，能够完成实时数据的采集和处理；而且平台灵活性好，可实现多种类型信号的采集和处理。

关键词：DSP；CPLD；硬件平台；仪器仪表

　　2005年4月28日收到修改稿。王向军：教授，博导，主要研究方向为精密测试技术及仪器。

　　数字化、智能化是仪器仪表的发展方向之一，同时仪器仪表的数据采集速度越来越快，数据量越来越大，对数据处理时间的要求也越来越短，这就对仪器仪表的硬件平台提出了新的要求。目前很多简单智能仪表仍使用单片机来实现，单片机应用广泛，价格也很便宜，接口性能良好，容易实现人机接口，但单片机系统复杂，尤其是乘法运算速度慢，在运算量大的实时控制系统中很难有所作为。高端仪表的硬件平台通常使用嵌入式微机系统，但其成本比较高，也不宜产品的小型化。

总体方案

　　本文所要设计的是一种脱机型仪表硬件平台。平台应可以满足一般的数据采集的实时性要求，可以灵活的适用于多种不同的应用场合，可实现多种类型信号的采集和处理，结构小巧紧凑，便于现场处理，还能与PC机或其他设备进行通信和交换数据。对此，我们构建了基于DSP和CPLD技术的硬件平台。

　　信号采集单元负责获取外部信息并将其转换为数字信号输出。在输入端，由于采用了灵活性很强的CPLD作为A/D与DSP之间的接口，使这个硬件平台可方便的适用于不同的应用场合。针对不同的传感器和应用需求，选择合适的A/D芯片。实验中，系统使用的是CMOS图像传感器OV7120，把图像转换为8位分辨率的数字图像。A/D输出的数据先经过CPLD预处理，DSP把CPLD作为一个端口读入数据，放到外扩的SRAM中。

　　信号处理单元是整个系统的核心，由TMS320C6712及其外围辅助电路构成，负责对采入的信号进行实时处理。DSP读入SRAM中的数据并进行相应的算法处理。系统中各模块间的通讯与逻辑控制由CPLD负责。

　　信号传输单元是DSP与PC机或其它系统实时通讯的中介。本系统中，DSP处理后的结果通过RS485总线远距离传输，最后通过RS485/RS232转换器送给PC机。

硬件电路设计

　　图像采集是OV7120和CPLD协同工作来实现的，CPLD为OV7120提供I2C接口来配置寄存器，同时提供CCLK时钟信号，并对图像数据锁存后传给DSP，图3是接口设计原理图。其中SCL、SDA为I2C控制线；CCLK为OV7120的输入时钟；PCLK、HSYNC、VSYNC分别为点频和行、场同步输出信号；D[7..0]为8位图像数据输出信号线；HREF是水平参考信号；INT4为DSP的中断。

实验

　　信号处理算法由DSP芯片实现，在实验中我们编写了二维FFT算法来验证平台的性能。二维FFT的实现流程如图4所示，算法由C语言编写。图5是实际采到的一幅图像，图6是提取256