数据采集装置在某型控制器中的应用

0 引言
任何一种自动控制系统都离不开数据采集装置，它的性能直接影响整体系统的工作性能。数据采集装置向着高速、实时方向发展，对数据的传输和控制速度也提出了较高要求。DSP(数字信号处理器)是一种适合于实现各种数字信号处理运算的微处理器，具有哈佛结构、支持流水线处理、快速的指令周期等优点，因而在嵌入式系统中得到广泛的应用。事实上，以DSP为核心来构建数据采集装置也已经成为一种常用的有效方法。
在多任务信号处理系统中，考虑到设计系统的复杂性，经常需要使用双DSP协同工作来构成系统。双DSP系统的优点在于，可以通过计算能力的均匀分布，使系统具有较好的冗余能力、更快的处理速度、模块化的体系结构。正因为双DSP系统的应用越来越广泛，如何解决好双DSP间的数据共享也变得越来越重要。如果需要进行大量数据的高速交换，依靠控制器自带的串口实现数据的串行传输已很难满足需求，必须寻求一种能进行高速数据通信的方法。而采用双端口RAM是解决双DSP之间高速数据通信的有效办法，该方法能够方便地构成各种工作方式下的高速数据传送介质，很好地解决因数据传输速度低所引起的瓶颈问题。
某型控制器要求采用双余度数据采集通道，每个通道都需要对多达16路模拟信号进行模数采样。为此，本文给出了用双DSP来构建的具体方法，每个DSP负责一个通道的数据采样，并在两个DSP之间用双端口RAM来构建一个高速的数据通道，以交换各自的采样数据和其它数据。

1 双余度DSP数据采集装置的总体设计
某型控制器要求采用双余度数据采集通道。以DSP为核心构建数据采集装置，该装置既可以进行高速采样，还可以对数据进行后处理。采用两个DSP，各自负责一路数据采样，采样数据和其它数据可在两个DSP之间共享。数据采集装置由数据采集模块、DSP处理器和数据交换模块组成。图1给出了系统中双余度DSP数据采集装置的结构框图。

数据采集模块主要在DSP的控制下，各通道分时对16路模拟信号进行采样，并将采集的数据发给DSP；DSP负责输出数据采集所需要的时序，对采样进行控制，并根据需要，通过访问数据交换模块来对采集的数据和状态信息等其它数据进行交换；数据交换模块则在DSP的控制下，使两个DSP能够不冲突地对任一存储单元进行访问，从而达到数据交换的目的。

2 数据采集模块的设计
本模块的主要功能是在DSP的控制下，由通道对16路指令和反馈信号进行采样，并将采集的数据发给DSE。因为采样的信号较多，故采用16选1电子开关。DSP输出电子开关控制信号，以将16路信号分时送入A／D采样芯片；同时，DSP还要输出A／D转换控制信号，以将选通的模拟信号转换为数字量后读入DSP。
单通道DSP数据采集模块的框图如图2所示。

本装置中两个通道的采样电路相同，通道1的采样电路如图3所示。

该电路首先将模拟信号通过集成电路AD7892转换为DSP所需要的数字量，然后由16选1电子开关DG406(5N1)依次选通各路模拟信号，再经过运算放大器F353进行信号隔离后，分时送给12位模数转换器AD7892(5N3)进行转换处理。通道1中的电子开关DG406的数据采样通道见表1所列。

的控制，IDT7133可以工作在省电模式下。通过使用IDT公司先进的CMOS技术，在典型的工作条件下，它的功耗仅为1 150 mW，而且还可以通过连接电池达到数据保护的目的，电池的电压仅为2V。
3．2．1 IDT7133的逻辑结构
IDT7133是一种特殊的RAM芯片，具有左、右两个独立的端口，它们各自均有一套独立的数据总线、地址总线和控制总线，并且都有控制、寻址和I／O引脚，允许两个端口独立地对存储器中的任何单元进行存取操作。它既可以作为16位双端口RAM单独使用，也可以与IDT7143组成主从系统，以将数据线扩展到32位甚至更宽。这样组成的双端口RAM可以全速运行，而且无需任何额外的附加逻辑。IDT7133的功能框图如图4所示。

IDT7133的引脚功能如表2所列。为了区分左、右端口，表中分别加有下标L(Left)和R(Right)。

3．2．2 IDT7133的访问冲突控制
使用双口RAM的关键是需要对其进行逻辑仲裁，否则可能会导致数据访问冲突。当控制器同时读写双端口RAM IDT7133时，可能存在以下两种情况：
(1)无冲突的访问控制
当两个端口的地址不相同时，在两个端口上进行读写操作一般不会发生冲突。此时任一端口被选中，就可对整个存储器进行存取，每一个端口都有自己的片选控制和输出控制。IDT7133无冲突的读写控制真值表如表3所列。其中，L表示逻辑低；H表示逻辑高；X表示无关。

也只有一个输出低电平，不会同时输出低电平，从而保证至少有一个端口能进行正常