基于LabWindows／CVI和DSC的数据采集系统

引 言
    数字信号控制器(DSC)综合了MCU面向控制的特性以及DSP的快速计算功能，具有处理速度快，灵活、精确，抗干扰能力强，体积小及可靠性高等优点，满足了对信号快速、精确、实时处理及控制的要求。本设计采用的DSC为TMS320F28335芯片，该器件能够以150 MHz的频率提供每秒3亿条浮点指令，与定点处理器相比，降低了相关的成本。数据系统软件的开发需要可靠、快捷的平台，由美国国家仪器公司(NI)开发的LabWindows／CVI给测试工程师提供了强有力的虚拟仪器开发环境。它将功能强大、使用灵活的C语言与用于数据采集分析和显示的测控专业工具有机地结合起来。它与传统编程工具VB、VC相比，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力，并且具备串口通信功能。

1 系统硬件设计
    系统硬件主要包括：DSC处理器及其辅助电路、模拟信号调理电路和USB串口通信电路。系统的结构框图如图1所示。

1．1 TMS320F28335特点及ADC模块特性
    TI公司C2000系列的TMS320F28335芯片具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，其6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出。
    TMS320F28335芯片内置16个通道带流水线的模数转换器(ADC)。ADC模块主要包括以下特点：12位模数转换模块；2个采样和保持(S／H)器；模拟输入电压范围O～3 V；快速的转换时间，ADC时钟可以配置为25 MHz，最高采样带宽为12．5 MSPS。此系统中使用的是自主设计的TMS320F28335开发板，实物如图2所示。

1．2 模拟信号调理电路
    前端数据采集部分把采集到的各种传感器数据进行调理。在信号调理过程中，采用以下几个方面的措施来保证高精确度模拟信号输入：采用高精确度的基准电源；对信号采集部分的区域进行屏蔽，防止外部噪声干扰；使用低失真运放AD823减小谐波失真，采用有源多阶滤波器进行滤波处理。
    为获得更高精度的模数转换结果，正确的PCB板设计是非常重要的。连接到ADCIN引脚的模拟量输入信号线要尽可能地远离数字电路信号线。为减少因数字信号的转换产生的耦合干扰，需要将ADC模块的电源输入同数字电源隔离开。
    信号调理电路将传感器输出的双极性电压一10～+10 V，调理成单极性电压O～2．5 V，以便输入给DSC的ADC模块。
1．3 USB串口通信电路
    USB串口通信电路采用的是美国Silicon公司的USB—UART数据转换器CP2102，通过它实现USB2．0到UART的转换。它不仅适合设计新一代带有USB接口的系统，也可以利用它对采用RS一232通信接口的系统进行改造，只需用CP2102取代RS一232电平转换器即可。其电路原理如图3所示。

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2 基于DSC实现数据采集
    来自传感器的模拟信号经过调理之后，被送入TMS320F28335，利用该DSC内部集成的高达12．5 MSPS采样率的12位ADC模块对多路信号进行采集转换。
    ADC模块由2个独立的8状态排序器SEQl和SEQ2构成，这2个排序器还可以级联构成1个16状态的排序器SEQ。对于这两种排序器模式，ADC模块都可以对一系列转换进行自动排序，每次模数转换模块收到一个开始转换请求，就能自动完成多个转换。转换结束后，所有通道转换的数字量保存到相应的结果寄存器ADCRESULTn中。用户可以对同一通道进行多次采样，从而实现过采样算法，过采样算法有利于提高采样的精度。本系统采用连续自动排序模式，其程序流程如图4所示。

    然后使用SCI模块将ADC转换结果传送给CP2102芯片，并经过USB接口传送给PC机，进行下一步处理。

3 基于LabWindows／CVl实现数据处理
    PC机数据处理软件使用LabWindows／CVI语言编写，完成数据接收、解析、显示和存储等功能。其LabWin—dows／CVI 7．O版本提供了与GPIB、USB、串口、VXI及其他传统仪器的直接I／0连接，简化并大幅加快了对仪器的控制。本系统的测试软件利用LabWindows／CVI 7．0提供的控件和函数库，方便地实现了对虚拟仪器的控制以及与被测件之间的通信，用户界面简洁友好，便于操作。
3．1 PC机与DSC串口通信
    与DSC进行通信时，必须设置与DSC中的SCI通信模块相同的波特率和数据格式。在本设计中，设置串口波特率为9 600 bps，数据位为8位，数据通信格式为：

其中，5A为起始位，XX为1号传感器信号高8位，XX为1号传感器信号低8位，YY为2号传感器信号高8位，YY为2号传感器信号低8位，A5为停止位。
3．2 用户界面
    软件界面也是数据采集系统的重要部分。由于仪器参数设置、测试结果显示等功能都是通过软件实现，因此要求软件界面简单直接、便于使用。本系统软件的界面如图5所示。

    这里给出的实验结果是使用该数据采集系统对一种压电陀螺仪的漂移特性进行测试得出的。用户可以根据测试需要，通过界面方便地设置串口通信的各项参数，并将结果数据以图表的形式显示，同时将所有接收到的结果数据存储到Mirosoft Access数据库中。

结 语
    本文设计的数据采集系统已经得到实际应用。新型DSC拥有高精度浮点运算能力，其内部的总线结构和指令算法非常适合于数字信号处理变换，使系统采集的数据更加稳定、准确和高效。早已成为PC标准的通用串行总线(USB)则为数据的采集和传递提供了很大的便利。在开发该系统时，使用LabWindows／CVI软件可以方便地调用硬件驱动程序及功能函数，降低了软件开发工作量，加快了系统的开发周期。同时也减少了测量周期，使数据传输速度得到提高。