1 引言

　　采用dsp(數(shù)字信號處理器)作為控制器，而采用usb(通用串行總線)和上位機(jī)相連接將是數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的一種可能的發(fā)展趨勢。

　　1.1 數(shù)字信號處理器dsp

　　dsp芯片，又稱為數(shù)字信號處理器，是一種特別適用于進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理的微處理器，采用它能滿足系統(tǒng)計(jì)算量大的要求。它的主要特點(diǎn)是:(1)它內(nèi)部采用的是程序空間和數(shù)據(jù)空間分開的哈佛結(jié)構(gòu)，允許同時(shí)取指令和取操作數(shù);(2)芯片內(nèi)多采用分離的總線結(jié)構(gòu)，這樣可保證一個(gè)極其周期內(nèi)可以多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間;(3)采用流水線結(jié)構(gòu)，在程序運(yùn)行中取指、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行階段是重疊的;(4)芯片內(nèi)部一般都包括多個(gè)處理單元，它們可以在一個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算;(5)dsp數(shù)字系統(tǒng)中設(shè)置了一些特殊的dsp指令，能更好地滿足數(shù)字信號處理應(yīng)用的需要;(6)指令周期短，如tms320f240 的指令周期可達(dá)50ns;(7)硬件配置強(qiáng)，接口功能強(qiáng)，片內(nèi)具有串行口、主機(jī)接口、dma控制器、鎖相環(huán)時(shí)鐘產(chǎn)生器和在片仿真測試訪問口等。dsp芯片的這些特點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

　　1.2 通用串行總線usb

　　usb(通用串行總線)協(xié)議是一些pc大廠商為了解決日益增加的pc外設(shè)與有限的主板插槽之間的矛盾而制定的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)。usb接口是一個(gè)快速的、雙向的、同步的、低成本的、動(dòng)態(tài)的串行連接接口，支持主機(jī)和并發(fā)存取外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。所連的外設(shè)通過主機(jī)調(diào)度和基于令牌的協(xié)議共享usb帶寬。usb 的主要優(yōu)點(diǎn)有:(1)速度快;(2)設(shè)備配置和安裝容易。所有的usb設(shè)備支持熱拔插，系統(tǒng)對其進(jìn)行自動(dòng)配置;(3)能夠采用總線供電;(4)易于擴(kuò)展; (5)使用靈活，usb共有4種傳輸模式:控制傳輸、同步傳輸、中斷傳輸、塊傳輸，以適用不同的設(shè)備的需要;(5)容錯(cuò)性強(qiáng)，usb協(xié)議規(guī)定了對各種可能遇到的錯(cuò)誤的處理和恢復(fù)機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，同時(shí)，對設(shè)備的熱拔插處理迅速且不影響系統(tǒng)的正常工作;(6)實(shí)現(xiàn)成本低，usb對系統(tǒng)與pc的集成進(jìn)行了優(yōu)化，適合于開發(fā)低成本的外設(shè)。由于這些優(yōu)點(diǎn)，usb的應(yīng)用范圍很廣。

　　下面本文將介紹一個(gè)具體的基于dsp和usb技術(shù)的數(shù)字采集與處理系統(tǒng)給水泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)需要對給水泵運(yùn)行過程中的過程量和機(jī)械量進(jìn)行采集，需要對振動(dòng)信號進(jìn)行處理，下面分別介紹系統(tǒng)的工作原理、總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

　　2 系統(tǒng)工作原理和總體設(shè)計(jì)

　　給水泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要完成各路機(jī)械量和過程量的采集，并對各振動(dòng)信號進(jìn)行階比譜分析，計(jì)算振動(dòng)幅度的平均值，并將采集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果上傳pc機(jī)，為在線檢修系統(tǒng)的專家系統(tǒng)提供給水泵的運(yùn)行狀態(tài)信息;同時(shí)就地簡單顯示給水泵的狀態(tài)信息，并提供給水泵振動(dòng)幅值越限和軸向位移越限報(bào)警。

　　系統(tǒng)的特點(diǎn)是計(jì)算量大，通信數(shù)據(jù)量大，而且給水泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測儀必須提供實(shí)時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，這就對實(shí)時(shí)性提出了較高的要求。根據(jù)系統(tǒng)的這些特點(diǎn)我們采用dsp(數(shù)字信號處理器)+usb(通用串行接口)的方案來滿足系統(tǒng)的需求。

　　給水泵狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由信號調(diào)理電路、a/d轉(zhuǎn)換器、dsp處理器、sram、lcd、鍵盤以及基于pld的接口和邏輯控制電路組成。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件部分的主要內(nèi)容包括dsp最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、通信模塊的設(shè)計(jì)、人機(jī)接口模塊的設(shè)計(jì)、調(diào)理電路的設(shè)計(jì)和電源模塊的設(shè)計(jì)。

　　dsp小系統(tǒng)包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、sram接口、flash memory接口和邏輯控制電路等。這里的dsp控制器選用的是tms320f240，它具有強(qiáng)大的外設(shè)功能，能為基于控制的應(yīng)用設(shè)計(jì)提供高性價(jià)比的解決方案。

　　本系統(tǒng)采用了兩種通信接口，分別為usb和rs232接口。usb接口用于儀表向pc機(jī)上傳數(shù)據(jù)。rs232接口主要用于調(diào)試和用于與慢速外設(shè)接口，當(dāng)系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)不多時(shí)也可用于儀表向pc機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，這樣可以簡化pc機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。下面分別對這兩個(gè)接口進(jìn)行介紹。

　　3.1 rs232接口

　　dsp控制器tms320f240內(nèi)含有一個(gè)全雙工的串行接口，通過編程可以很方便的實(shí)現(xiàn)rs232串行通信。通信標(biāo)準(zhǔn)采用rs-232c。這里采用 max232芯片完成電平轉(zhuǎn)換工作。max232芯片是maxim公司生產(chǎn)的低功耗、單5v電源供電，雙rs232發(fā)送/接收器，它具有驅(qū)動(dòng)能力，不需要外加任何驅(qū)動(dòng)電路。采用max232的串行通信接口電路如圖2所示。

　　3.2 usb接口

　　usb具有完全的即插即用特性，不占用中斷等系統(tǒng)資源，提供多種數(shù)據(jù)傳輸方式以及能達(dá)到較高的數(shù)據(jù)傳輸速率等特點(diǎn)。使用usb接口可以減少系統(tǒng)的體積，降低系統(tǒng)的功耗，使儀表與系統(tǒng)的接口更加方便。

　　從技術(shù)上說，usb是一個(gè)電纜總線協(xié)議，用于主機(jī)與可訪問輔助設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。通過一個(gè)由主機(jī)分配的令牌協(xié)議，