基于DSP的數據采集系統開發與實現
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現代工業生產中，生產規模不斷擴大，朝著大型化、高速化、自動化和連續化的方向發展。因此對機械設備性能的要求也越來越高。很多大型石油、化工、石化、電力、鋼鐵等部門都采用了單機、滿負荷、連續性的生產操作方式，其中的大型旋轉機械就成為了現代化大規模生產中的關鍵設備。一旦出現停機故障，將導致全廠的停產，其經濟損失是十分巨大的。同時還有可能招致重大的傷亡事故。由此，大型旋轉機械的在線狀態監測和故障診斷技術便應運而生。而如何獲得大量而廣泛的狀態量(振動、力、位移、噪聲、溫度、壓力和流量等)是其中的關鍵。本文介紹的基于TMS320F2812的多功能同步數據采集卡，利用卡上的DSP控制芯片不僅可以實現多種數據的采集，還可以對所采集的數據進行實時的信號處理，大大地提升了整個系統的性能。
1 TMS320F2812體系結構
TMS320F2812是TMS320C28X系列芯片中性能最好的一種，最高頻率為150MHz，處理速度可達150MIPS，指令周期為6．67ns。
同TMS320C2000TM平臺中前代產品相比，F2812的程序總線包括22位的地址總線和32位的數據總線，數據總線包括32位的地址總線和32位的數據總線。較之C24X／C240X的16位地址總線，F2812大幅提高了可尋址范圍。同時，32位的數據總線可以實現單周期的32位指令。其片內的32×32位MAC具有處理64位數的能力，可用于處理高精度的數字運算，完全可以替代其它更貴的浮點數處理器。在振動信號的頻譜分析中，這種優勢就更為明顯了。在中斷響應方面，F2812自動保存上下文的功能加快了中斷響應速度，用戶可以在更短的時限內完成更多的異步事件，這在多路信號采集系統中大幅提高了系統的實時性。
在外設方面，F2812也有不少新特點。除了保留前代產品的4個16位通用定時器以外，F2812又增加了3個32位的定時器。可更方便地實現大范圍轉軸轉速信號的采集，以及提供更為靈活的數據采樣模式。F2812內部擁一個12位的增強型A／D轉換器，其A／D轉換速率高達80ns。而其中的兩個獨立的8路模擬開關給用戶提供了同時采集不同種類信號的實現方法。在片內存儲器方面，F2812包括128K字的FLASHMEMORY、1K字的0TPMEMORY和18K字的片上RAM和4K字的BOOT ROM。豐富的片上存儲資源可滿足用戶處理大量數據的需求。在安全方面，F2812采用128位的密碼來保護用戶的程序。
2 數據采集卡的硬件實現
數據采集卡的硬件實現利用F2182的眾多新特性，數據采集卡可以處理：16路異步或同步模擬信號、16路數字信號、6路轉速信號。采用PCI接口與上位機相連。其系統結構如圖1所示。
2．1 轉速信號采集的實現
根據工業現場中旋轉機械的實際情況，數據采集卡采集的轉速范圍一般為30～18000r／min(周期范圍為33ms～2s)。如此大的轉速范圍對定時器的計數脈沖和計數位數都提出了要求。若定時器計數脈沖過大，則分辨率降低；但是如果計數脈沖太小，則需要計數器的位數足夠大。
C2000TM系列的前代產品內置16位定時器很難滿足要求，一般常用多個定時器級連來達到要求，而F2812新增的3個32位定時器則彌補了前系列DSP產品的不足。
F2812的事件管理模塊EV共有6個捕獲單元，每個單元的施密特觸發器可以捕獲到相關引腳的跳變。可監測的跳變可以是上升沿、下降沿或者兩者都監測。利用捕獲單元的中斷功能和定時器就可以很容易地實現對轉速周期的測量，并且為轉軸的振動測試提供采樣的基頻。其測量流程如圖2。
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