基于DSPF2812和Labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

于海征，馮國勝

(石家莊鐵道大學 機械工程學院，河北　石家莊　050043)

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基于DSPF2812和Labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

于海征，馮國勝

(石家莊鐵道大學 機械工程學院，河北石家莊050043)

摘要：為方便、快捷的完成信號采集，設(shè)計了一種基于數(shù)字信號處理器DSP和虛擬儀器技術(shù)Labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。應(yīng)用DSP內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC模塊采集外部模擬信號并完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)模擬信號的采集，同時利用串口通訊SCI模塊與外設(shè)之間實現(xiàn)串行通訊的原理，通過R232串口完成DSP與Labview的通信，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示和存儲。經(jīng)測試該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可實現(xiàn)多個通道的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和存儲。

關(guān)鍵詞：DSPF2812；Labview；數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是指待測模擬信號進行采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再由計算機進行顯示、存儲、處理等的系統(tǒng)[1]。將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用到實際的信號測試中可以實現(xiàn)信號采集的實時性監(jiān)測，同時能夠完成對采集數(shù)據(jù)的記錄和存儲以及后續(xù)分析等功能。DSPF2812具有強大的數(shù)字信號處理能力，并且具備完善的時間管理能力和嵌入式控制能力，被廣泛用于工業(yè)控制[2]。LabVIEW是一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境，其圖形化編程語言環(huán)境簡單直觀[3]，通過R232實現(xiàn)DSP和Labview的串口通信，可將二者的優(yōu)點相結(jié)合，實現(xiàn)信號的采集并完成相關(guān)數(shù)據(jù)的直觀顯示和數(shù)據(jù)存儲，為日后的數(shù)據(jù)分析和處理提供依據(jù)。

1總體設(shè)計

本系統(tǒng)應(yīng)用DSPF2812內(nèi)部AD采集模塊對外部模擬信號進行采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量提供給控制器使用，將Labview作為上位機軟件，實現(xiàn)各路信號的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)存儲，在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了多路模擬信號的實時監(jiān)測[4]。基于DSPF2812和Labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由外部信號、調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換模塊、SCI數(shù)據(jù)發(fā)送模塊以及數(shù)據(jù)顯示和存儲模塊組成，該系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示。

2信號調(diào)理電路設(shè)計

由于DSPF2812的AD模塊允許的輸入電壓在0～3 V，所以在外部信號進入AD之前必須進行調(diào)理，以確保在DSP的AD模塊采集范圍內(nèi)，同時為了避免外部信號幅值過高而引起芯片燒毀，在調(diào)理電路后應(yīng)附加鉗位電路，使電壓輸入保持在0～3.3 V，從而確保芯片的正常工作。圖2為單路信號調(diào)理電路的整體設(shè)計。圖2中輸入信號經(jīng)R1和R2分壓，通過LM324運放組成的電壓跟隨器并經(jīng)過鉗位電路輸出信號到DSP的AD采集端口。

3DSP軟件部分設(shè)計

3.1AD采集模塊軟件設(shè)計

DSP2812的AD模塊共有16個模擬輸入引腳，具有12位的ADC內(nèi)核，內(nèi)置有2個采樣保持器S/H-A和S/H-B，時鐘頻率最高為25 MHz。本設(shè)計取采用三路AD進行采集，采用級聯(lián)模式下的順序采樣，事件管理器的周期中斷啟動AD。AD模塊初始化部分程序如下所示。

void InitAdc(void)

{AdcRegs.ADCTRL1.bit.RESET=1;

AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC=1;//單序列模式

AdcRegs.ADCTRL1.bit.CONT_RUN=0; //啟動停止模式

AdcRegs.ADCTRL1.bit.CPS=0;

AdcRegs.ADCTRL1.bit.ACQ_PS=0;//脈沖寬度1個ADC周期

AdcRegs.ADCTRL1.bit.SUSMOD=3;//仿真暫停模式

……

}

ADC模塊共有16個結(jié)果寄存器，每個寄存器都是16位，而DSP2812的ADC為12位，結(jié)果寄存器的高12位存放轉(zhuǎn)換結(jié)果，低4位被忽略，ADC的轉(zhuǎn)換特性為

ADResult=(VoltIput-ADCLO)/3.0x65520

式中，ADResult為結(jié)果寄存器中的數(shù)字量，VoltIput為模擬電壓的輸入值，ADCLO為轉(zhuǎn)換的參考電平(使用時參考電平接地，ADCLO=0)。本設(shè)計中ADC的結(jié)果寄存器的值采用AD中斷子程序中進行讀取。

3.2SCI串口發(fā)送模塊設(shè)計

DSPF2812的SCI模塊為8位的標準異步串行通信接口，可以實現(xiàn)半雙工、雙工或多機之間的通信，同時可以通過更改兩個8位波特率寄存器的值來實現(xiàn)64K種不同的傳輸速率，SCI實現(xiàn)接收或發(fā)送程序有查詢和中斷兩種方式實現(xiàn)，本設(shè)計中采用查詢方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。在實際的發(fā)送過程中由于SCI的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器和發(fā)送移位寄存器都為8位，而ADC模塊的結(jié)果寄存器的值為12位，在發(fā)送過程中采用結(jié)果寄存器的高8位和低8位依次發(fā)送，在上位機接收到高、低8位后在進行重組、計算后得到實際的采樣值。為避免數(shù)據(jù)接收錯誤或各通道數(shù)據(jù)錯位等現(xiàn)象，軟件設(shè)計中添加了標志位作為發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的校驗手段。數(shù)據(jù)發(fā)送和接收時的順序如圖3所示。

設(shè)置SCI的波特率為39 200，數(shù)據(jù)格式為8位數(shù)據(jù)位，一位停止位，無奇偶校驗位。DSP的串口發(fā)送程序如下：

while(1)

{while(SciaRegs.SCICTL2.bit.TXEMPTY==0){};

SciaRegs.SCITXBUF=0xAB;

while(SciaRegs.SCICTL2.bit.TXEMPTY==0){};

SciaRegs.SCITXBUF=0xCD;

while(SciaRegs.SCICTL2.bit.TXEMPTY==0){};

SciaRegs.SCITXBUF=adc[0]>>8;

while(SciaRegs.SCICTL2.bit.TXEMPTY==0){};

SciaRegs.SCITXBUF=adc[0];

……

}

4Labview程序設(shè)計

4.1數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計

LABVIEW 的功能模板 Instrument I/O/VISA 中包含串行通信常用功能的模塊，串口通信使用的 VISA 庫中的串口通信函數(shù)包括VISA配置串口、VISA寫入、VISA讀取、VISA關(guān)閉等[5]。

本系統(tǒng)每次讀取2 000個字符數(shù)，為確保接收數(shù)據(jù)的正確，首先通過程序判斷數(shù)據(jù)發(fā)送的標志位AB、CD所在的位置，確定標志位所在的位置后對后續(xù)三路信號的數(shù)據(jù)進行讀取。

確定標志位所在的位置后對后續(xù)三路信號的數(shù)據(jù)進行讀取，字符串的第N+1、N+2位存放的是第一通道數(shù)據(jù)的高8位和低8位，通過索引取出高、低8位的值并進行組合計算得到SCI發(fā)送的第一通道的數(shù)據(jù)，第二通道與第三通道的數(shù)據(jù)與第一通道類似，分別為第N+3、N+4位的組合與N+5、N+6的組合。

圖4為循環(huán)讀取通道數(shù)據(jù)的程序，通過循環(huán)讀數(shù)依次得到各通道的數(shù)據(jù)并通過重組得到采集的真實數(shù)據(jù)值從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)采集。

4.2數(shù)據(jù)存儲程序設(shè)計

為了便于數(shù)據(jù)的后續(xù)處理和儲存，本系統(tǒng)增加了數(shù)據(jù)采集的存儲模塊。

5實驗結(jié)果與結(jié)論

通過采集由三組蓄電池的三路電壓信號對該設(shè)計進行實際測試和驗證，實際測試的三路電壓值輸出前面板圖如圖5所示。通過驗證采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的精度，應(yīng)用萬用表同時測量穩(wěn)壓電源輸出的電壓值并與采集系統(tǒng)的測量值進行比較可得，該系統(tǒng)采集的電壓值具有較高的精度，測量數(shù)據(jù)如表1所示。

通過實際測試表明，該系統(tǒng)可實現(xiàn)外部信號的數(shù)據(jù)采集，同時可實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的圖像實時顯示、監(jiān)測和數(shù)據(jù)存儲，為分析和研究實驗數(shù)據(jù)提供了參考依據(jù)，本設(shè)計在實際測試中通道數(shù)量為三路，而該系統(tǒng)可根據(jù)實際需要增加采集通道數(shù)量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功用于車輛狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)對車輛的實時信號進行監(jiān)測，經(jīng)測試，該系統(tǒng)可以完成至少7路通道的數(shù)據(jù)采集和存儲。

表1　測量數(shù)據(jù)

參考文獻：

[1]田瑩瑩，劉鳳林，趙洪亮.基于 LabVIEW 和 DSP 的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技信息，2013(7):227-267.

[2]韓豐田．TMS320F281xDSP原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:清華大學出版社，2009.

[3]張雪華，萬舟，吳建德．基于LabVIEW與DSP串口通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].云南大學學報，2009，31(S2):106-111.

[4]徐華中，黃麗萍．基于LabVIEW和DSP串口的多通道電機參數(shù)采集系統(tǒng)[J].電子測量技術(shù)，2011，34(4):66-69.

[5]熊玉, 韓峻峰 ,潘盛輝. 基于DSP和LabVIEW的汽車行駛姿態(tài)參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用.2011(1):80-83.

Design of Data Acquisition System Based on DSPF2812 and Labview

YU Hai-zheng, FENG Guo-sheng

(School of Mechanical Engineering，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang 050043，Hebei, China)

Abstract:A data acquisition system based on digital signal processor DSP and virtual instrument Labview was designed. We completed the conversion of the analog to digital by the module of the DSP, so as to realize the analog signal acquisition. At the same time, the serial communication was realized through the RS232 serial port to complete the communication of DSP and Labview, which can achieve the data displaying and storage. After testing the system, we realized the multiple channels of data acquisition， monitoring and storage.

Key words:DSPF2812; Labview; data acquisition

收稿日期：2015-09-03

作者簡介：于海征(1990-)，男 ，河北保定人，石家莊鐵道大學機械工程學院在讀碩士研究生，研究方向為車輛電子控制技術(shù)。

中圖分類號：TP274

文獻標識碼：A

文章編號：1008-9446(2016)03-0038-05