多通道同步数据采集及压缩系统的设计方案

1 引言

现代遥测系统中为了尽可能少地占用传输时间和存储空间，在有限的信道容量内传输更多的有用信息，采用数据压缩技术，有助于降低功率和带宽要求，改善通信效率。这里提出一种基于DSP与CPLD的多通道同步数据采集与压缩系统设计方案，该系统应用于遥测多路噪声数据，其中多通道同步数据采集可实现同时测量信号。并进行相关分析后，得到信号间的相关信息，而DSP内嵌的数据压缩算法实现其数据压缩的功能。

2 系统的硬件结构

2．1 系统设计思路

图1为系统设计的硬件框图。基于CPLD和DSP的多通道同步数据采集及压缩系统主要由数据采集模块、数据处理模块以及数据接口模块3部分构成。前端由传感器输人的模拟信号经信号调理模块的整形放大后，输入到 A／D转换模块中，模拟量转变为数字量，可编程逻辑器件(CPLD1)控制A／D转换器，按照设定的采样率采集数据，将采集到的数据通过总线写入 FIFO，FIFO半满时．发送一次半满信号，即DSP的中断，DSP接收到中断后立即将一帧数据从FIFO中读人到数据处理模块。DSP将其采集的数据高速压缩后写入到接口模块，再由可编程逻辑器件(CPLD2)通过RS-422总线将数据传送至遥测系统，做进一步分析。



2．2 器件选型

2．2．1 A／D转换器ADS8365

该系统的A／D转换模块选用TI公司的 ADS8365型A／D转换器，该件支持6通道信号差分输入，有3组信号采集控制端，每组控制2路信号，16位精度，每通道的转换速度高达250 kHz。支持高速并行数据输出接口，数据输出接口包括直接地址选择模式、CYCLE模式、FIFO模式。

2．2．2 复杂可变程逻辑器件(CPLD)XCR3256XL

采用CPLD控制各个接口，这里选用 XCR3256XL型CPLD，它是Xilinx公司的CoolRunner系列的高性能复杂可编程逻辑器件(CPLD)。该器件具有如下特点：采用 COMSEEPROM制造工艺技术；内置标准JTAG接口，支持3．3 V在系统可编程(ISP)；3．3 V电源，集成密度为6 000个可用门；引脚间延时7．5 ns．系统频率高达140 MHz。同分离逻辑器件相比，单片CPLD实现逻辑控制功能，简化电路设计，提高系统可靠性。另外，XCR3256XL具有在系统可编程的功能，只需一根下载电缆连接至目标板上，可方便实现多次重复编程，大大方便电路调试。

2．2．3 数字信号处理器(DSP)TMS320C6713B

该系统设计的DSP选用TMS320C6713B，该器件TI公司推出的TMS320C67xx系列浮点DSP中的一款。它采用改进型哈佛结构，具有运算速度快、功耗小和性价比高等特点。其体系结构采用 Veloci TI超长指令字VLIW(Very Long Instruction Word)结构。每周期执行8条32位指令，支持32／64位数据。采用类RISC指令集，具有300 MHz、3．3 ns指令周期的运行速度和2 400 MI／s或1 800 MFLOPS的处理能力适用于高速信号处理。为了加快处理速度，DSP内核采用2级CACHE，其中L1级CACHE分为4 KB直接程序CACHE和4 KB数据CACHE(分为2路)；L2级CACHE分为64 KB统一存储器和192 KB附加存储器。其内部有16通道EDMA控制器，能够高速处理几乎所有I／O和存储器的接口问题，大大提高器件吞吐速度。外部总的存储器地址空间最大 512MB，数据宽度为32 b，可支持SBRAM，SDRAM，SRAM，Flash和EPROM。TMS320C6713与外部I／O接口通过FFA构造的I／O端口、HPI口、多缓冲串口(McBSP)、SPI口等几种方式实现。与专用的硬件压缩器件相比，TMS320C6713B可方便实现数据压缩。以及系统升级和配置灵活。

3 CPLD部分设计

3．1 CPLD1控制部分

CPLD1控制ADS8365包括控制A/D转换器的采样率以及数据量化输出模式等，同时控制CS信号可有效抑制噪声；系统时钟输入为50 MHz，CPLD1对其分频产生5 MHz时钟以触发A／D转换器。程序通过控制A/D转换器的HOLDX来启动A／D转换；控制A／D转换器的ADD来控制其输出通道信息，控制A／D转换器的ADDRESS控制其数据输出工作模式。考虑DSP内程序算法每次判断通道信息会增加DSP运算负担，故设置A／D转换无通道信息，A／D转换器工作在CYCLE模式下，A/D转换后的数据按通道号顺序循环输出，DSP可根据顺序性直接判定数据的具体通道。图2为CPLD1控制ADS8365电路。



CPLD1控制DSP主要包括DSP复位设置，看门狗设置，DSP控制信号与CE空间组合逻辑控制读FIFO1等。

3．2 数据帧格式设置

CPLD1将A/D转换后的数据不断写入FIFO1，当2 048字节数据写入FIFO1后，CPLD添加16位的帧标志及16位的帧计数，即数据格式为：被采集数据+帧标志+帧计数。

3．3 CPLD2控制接口

接口转换模块的核心是CPLD，负责从输出FIFO2中读取数据，按照遥测系统的要求时序编码后。通过RS-422总线将压缩后的数据上传至遥测系统。