摘要：為了滿足數(shù)據(jù)采集及信號處理系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)實時性的要求，采用TMS320VC5509為中心處理器，并對A／D轉(zhuǎn)換、電源及復位電路、時鐘電路、JTAG仿真電路等外圍硬件進行了設計，使其能夠在高速采樣信號下，及時對數(shù)據(jù)進行處理，迭到系統(tǒng)對處理速度的要求，實現(xiàn)了一種基于DSP的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計。
關鍵詞：數(shù)字信號處理器；定點DSP；數(shù)據(jù)采集；TMS320VC5509

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如今已被廣泛使用，涉及工業(yè)、商業(yè)、交通、信息等各個行業(yè)，而在眾多平臺中，DSP以其高速的運行速度、良好的硬件結(jié)構、適合運算的硬件組成等一系列優(yōu)勢。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中獨樹一幟，適合于數(shù)據(jù)高速、高精度的采集、處理等領域。
在一些領域中，系統(tǒng)要求速度快，實時性較好，數(shù)據(jù)處理精度高，本文以此為原則規(guī)劃了高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體解決方案，采用TI公司出品的TMS320VC5509型DSP芯片+CPLD可控制邏輯作為系統(tǒng)的核心部分。系統(tǒng)主要由4部分組成：DSP最小系統(tǒng)、CPLD模塊、信號調(diào)理和A／D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、上位機系統(tǒng)。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

其中，輸入的信號可以是各種形式，可以是音頻信號、編碼的數(shù)字信號、壓縮的圖像信號，也可以是各種傳感器輸出的信號。然后經(jīng)過濾波、放大電路輸入到A／D轉(zhuǎn)換器中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后輸入到DSP中進行計算和處理。
另外，DSP可與上位機進行通訊、數(shù)據(jù)處理，還可以擴展顯示器、鍵盤等外部設備對系統(tǒng)進行更加方便的操作。
系統(tǒng)由DSP、電源及復位電路、時鐘電路、EMIF總線接口和仿真接口等部分組成，另外可以再外接上CPLD、A／D、顯示器、HPI主機接口等外圍模塊，整個硬件系統(tǒng)便基本完成了。下面將對硬件的各個部分進行選型。

1 DSP芯片的選型
DSP系統(tǒng)設計中，選擇DSP芯片至關重要，只有選擇了合適的DSP才能進行下一步的外圍電路設計，總的來說，DSP芯片的選型是根據(jù)系統(tǒng)需要而確定，主要考慮處理速度、功耗、程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量、片內(nèi)的資源，如定時器的數(shù)量、I／O口數(shù)量、終端數(shù)量、DMA通道數(shù)等。
本文選取TI公司生產(chǎn)的DSP芯片，目前TI公司有3種系列的主流DSP芯片，分別為C2000，C5000，C6000系列，C2000系列的芯片一般應用于控制領域；C5000系列是16位定點，速度為40～200 MIPS，可編程，低功耗和高性能的DSP，主要用于有線或無線通信等；C6000系列是高性能DSP。綜合了目前DSP性價比高，功耗低等一些優(yōu)點，但價格較高。
綜上所述，可以選擇TI公司生產(chǎn)的TMS320VC5509芯片作為本系統(tǒng)的DSP芯片。下面簡單總結(jié)了TMS320CV5509芯片的主要特點：
1)TMS320VC5509型DSP是一款高性能、低功耗的定點DSP，它的內(nèi)部總線由1個程序總線、3個數(shù)據(jù)總線、兩個數(shù)據(jù)寫總線組成，這些總線使得DSP可以在一個周期內(nèi)實現(xiàn)讀3個數(shù)據(jù)和寫兩個數(shù)據(jù)的高性能。它的內(nèi)核電壓在時鐘頻率為200 MHz的時候為1．6 V，管腳電壓在2．7～3．3 V的范圍內(nèi)，較低的內(nèi)核電壓和管腳電壓實現(xiàn)了DSP的低功耗。
2)TMS320VC5509型DSP有豐富的片上外設功能，有雙通道10 bit的A／D轉(zhuǎn)換器、1個可以訪問異步存儲器和同步存儲器的外部存儲接口(EMIF)、3個多通道緩存串口(MCBSP)、USB接口、I2C接口、主從設備(HPI)接口等，豐富的外設和管腳為DSP的擴展外圍設備奠定了基礎。

2 系統(tǒng)硬件設備選型及設計
2．1 A／D轉(zhuǎn)換模塊
在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，A／D轉(zhuǎn)換模塊在系統(tǒng)中是最重要的一部分，它的性能直接影響整個系統(tǒng)的好壞，選擇A／D轉(zhuǎn)換器時，主要考慮以下幾個方面：分辨率、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換時間及轉(zhuǎn)換器的價格等。
由于本文是針對高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計，故綜合考慮，選用TI公司的AD轉(zhuǎn)換芯片ADS5422。
ADS5422是14 bit的最高采樣頻率可達62 Msps的高速AD轉(zhuǎn)換芯片，采用單-5 V電源供電，在采樣頻率為10 MHz時其最大動態(tài)范圍為82 dB，最高信噪比達到72 dB，其數(shù)字量輸出可以直接和5 V或者3．3 V的CMOS芯片連接，模擬量輸入的峰峰值為4 V，可以直接輸入0．5～4．5 V的模擬量，封裝形式為64腳的扁平四方封裝。
AD可以接受3 V或者5 V的TTL或者CMOS電平。DSP可以為AD轉(zhuǎn)換器提供時鐘信號，并且可以軟件設置輸入時鐘的各種特征量，包括時鐘頻率、高電平寬度等，基本上可以滿足AD5422對時鐘信號的要求。