基于TMS320F2812的数据采集及FFT设计
摘 要
数据采集与处理是计算机应用的一门关键技术，主要研究信息数据的采集、存储和处理。数据采集与处理技术在工业控制系统中应用广泛。离散傅立叶变换是将离散信号分解为幅值分量和频率分量，是数字信号处理领域的工具之一，但是由于其计算量太大，应用受到限制。快速傅立叶变换的出现，使得DFT在实际应用中得到了广泛的应用。由于多数DSP芯片都能在一个指令周期内完成一次乘法和一次加法，而且提供专门的指令，使得FFT算法在DSP芯片上实现的速度更快。
本文中主要采用TI的32位定点数字信号处理芯片TMS320F2812作为信号采集和处理的核心，通过片上的12位模数转换模块进行数据采集，对采集到的数据进行信号处理。本文给出了数据采集系统硬件的外围调理电路。
在介绍了DSP原理，TMS320F2812芯片资源，以及TMS320的软件集成开发环境(CCS)的基础上，对数据采集模块、采样原理及在TMS320F2812上的FFT实现作了细致的描述和分析。
关键词： 数据采集；数字信号处理器；模数转换器；FFT
I
Design of Data Acquisition System and FFT
Based on TMS320F2812
Abstraet
Data acquisition and processing become an important technology of computer application, which mainly studys the collection,storage and processing of information data.Technique of data acquisition and processing is widely applied in industry control system. Discrete Fourier Transform is one of the main tools in digital signal processing field. But because of its large computational complexity,its application is limited.Afterward,with the appearance of Fast Fourier Transform,DFT is widely used in practical application.Because most chips of DSP can complete a multiplication and an addition in an instruction period,and they can provide the specialized instruction of FFT,it accelerates the speed of the FFT algotithm working on the chip of DSP.
This paper takes the 32 bits fixed-point digital signal processing processor TMS320F2812 of Texa Instrument Company as the core of signal acquisition and processing system.The data acquisition is completed by the 12 bits A/D convertor of TMS320F2812.and then do the signal processing on collected data.This dissertation points out the periphery circuit of data acquisition system
Based on the introductions of DSP principle,chip resources of TMS320F2812 and Code Composer Studio(CCS)of TMS320,the dissertation describes and analyses the acquisition module and sampling theory of data and the achievement of Fast Fourier Transform on TMS320F2812 in great detail.
Keywords : data collection；digital signal processor；A/D converter；FFT；
II
目 录
引 言 .................................................................................................................................. 1 第1章 绪论 .......................................................................................................................... 2 1.1研究现状 .............................................................................................................................. 2 1.2方案比较 ............................................................................................................................ 2 1.3 FFT简介 ............................................................................................................................ 3 第2章 系统总体方案设计 .................................................................................................. 4 2.1系统框图 ............................................................................................................................ 4 2.2系统工作原理 .................................................................................................................... 4 2.3 小结 .................................................................................................................................... 4 第3章 系统硬件设计实现 .................................................................................................. 5 3.1 基于TMS320F2812的数据采集设计 ............................................................................... 5 3.2 TMS320F2812功能模块应用 ............................................................................................. 6 3.3 DSP硬件平台设计 .............................................................................................................. 8
3.3.1 复位电路设计 .......................................................................................................... 8 3.3.2 时钟电路设计 .......................................................................................................... 9 3.3.3 JTAG接口电路设计 ................................................................................................. 9 3.3.4 系统RAM的外扩设计 ......................................................................................... 10 3.4 TMS320F2812A/D模块概述 ............................................................................................ 10 3.5 调理电路设计 .................................................................................................................... 12 3.6 小结 .................................................................................................................................... 13 第4章 TMS320F2812的FFT研究及仿真 .................................................................... 14 4.1 数据采集的程序设计 ........................................................................................................ 14 4.2 FFT的基本原理 ................................................................................................................ 15
4.2.1 DFT的基本原理 ..................................................................................................... 15 4.2.2 频率抽取FFT(DIF) ............................................................................................... 16 4.3 FFT在TMS320F2812上的实现 ...................................................................................... 16 4.4 小结 .................................................................................................................................... 19
结论与展望 .............................................................................................................................. 20 致 谢 .................................................................................................................................. 21 参考文献 .................................................................................................................................. 22 附录A 系统原理图 .............................................................................................................. 24 附录B 引用的外文文献及其译文 ...................................................................................... 26 附录C 主要参考文献的题录及摘要 .................................................................................. 30 附录D 总源程序清单 .......................................................................................................... 32
III
插图清单
图2-1 数据采集示意图 ........................................................................................................... 4 图3-1 典型结构的数据采集系统框图 ................................................................................... 5 图3-2 TMS320F2812芯片引脚图 ......................................................................................... 7 图3-3 上电复位电路图 ........................................................................................................... 8 图3-4 时钟电路图 ................................................................................................................... 9 图3-5 JTAG接口原理图 ........................................................................................................ 9 图3-6 SRAM接口图 ............................................................................................................ 10 图3-7 ADC模块功能图 ....................................................................................................... 11 图3-8 调理电路图 ................................................................................................................. 13 图4-1 主程序流程图 ............................................................................................................. 14 图4-2 WN的对称性和周期性示意图 .................................................................................. 15 图4-3 系统软件仿真采集信号波形图 ................................................................................. 18 图4-4 FFT仿真图 ................................................................................................................. 19
IV
引 言
随着数字信号处理理论和计算机的不断发展，现代工业生产和科学技术研究都需要借助于数字处理方法。进行数字处理的先决条件是将所研究的对象进行数字化，因此数据采集与处理技术日益得到重视。在图像处理、瞬态信号检测、软件无线电等一些领域，更是要求高速度、高精度、高实时性的数据采集与处理技术。现在的高速数据采集处理卡一般采用高性能数字信号处理器(DSP)和高速总线技术的框架结构[1]。
DSP用于完成计算量巨大的实时处理算法，高速总线技术则完成处理结果或者采样数据的快速传输。在单片实现数字采集中，本论文选用了TMS320F2812芯片，其快速处理速度和能达到应用精度需求是我们选择使用的主要因素，另外TMS320F2812芯片上集成了多种外设可方便实现数据传输也是我们选择使用TMS320F2812芯片的原因。
本论文作为一个数据采集系统，采用处理速度比较快的TMS320F2812芯片，更好的实现数据的快速处理，在系统设计中，首先有16路数据采集电路对模拟信号进行采集，然后经过调理电路，调理电路主要负责调节输入的16路数据信号的信号电压，使之符合AD转换模块所需要的电压要求范围，这里采用的放大器芯片是ADOP37，它的诸多优点在正文中已经介绍，然后通过AD转换把信号送入DSP进行处理，这就完成了数据的采集。
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