基于GPS的数据采集系统的研究

OEM接收机输出的1PPS秒脉冲信号作为DSP外部中断输入源来触发分频计数器来产生采样脉冲设备来保证被测信号在同一个时刻开始采样。为保证点采样频率的高度一致性，可以采用高精度温补晶体振荡器TCOX，其工作频率为10 MHz，频差不大于2 ppm。输出的振荡信号经过整形、电平转换后经计数器分频得到满足采样率的同步高精度的采样信号。为了进一步消除晶振电路给采样频率带来的累积误差，晶振产生的时钟钟信号每隔1 s被1PPS信号的上升沿同步一次，使得被测的模拟输入量经过低通滤波后被严格建立在GPS时间基准上的同步采样系统所采样。模拟量采样后经A／D转换依次转换后按顺序放入固定RAM区。DSP通过SCI接口从GPS25OEM接收机的串行数据发送端TX中提取到秒脉冲上升沿所对应的UTC时刻和地理经纬度坐标，从第一个采样点按顺序为每一个采样点置以便于识别的时间标签和地理位置坐标，最终将各测量量连同其对应的时间地理标签按照一定的数据格式，经过USB2.0数据线上传到上位机。

3 通信接口设计

传统的数据传输大多采用RS 232、RS 485接口传送，但是对于异地同步大容量的数据上传传统的通信模式就暴露出传输输速度较慢，时延大，易出错的缺点。利用USB接口就能有效实现数据远程海量的双向传输，而且USB传输速度可高达480 Mbps支持单点的热插拔可以有效地实现本地数据的携带转移。

本系统通信接口电路采用USB2．0接口，其控制器芯片选用CYPRESS公司的CY7C68013。CY7C68013遵从USB2．0规范，包括一个增强型的51内核与8051指令集兼容，USB2．0串行接口引擎SIE、USB收发器、8．5KB片上RAM、4KBFIFO以及一个通用可编程接口GPIF。CY7C68013与外设有两种接口方式：GPIF和SlaveFIFO。GPIF是主机方式，可以由软件设置读写控制波形，灵活性很大，几乎可以对任何8／16bits接口的控制器、存储器和总线进行数据的主动读写，使用非常灵活。而Slave FIFO方式是从机方式，工作方式可设为同步或异步，外部控制器DSP可象对普通FIFO一样对FX2的多层缓冲FIFO进行读写。本文采取的是Slave FIFO接口方式。电路中CY7C68013作为TMS320F2812的外设，它采用异步存储器接口与DSP相连接，上位PC机可以唤醒CY7C68013并对USB芯片。DSP2812将CY7C68013配置在其子空间采用异步读写方式完成二者之间的数据和命令的交换。

USB 2．0控制芯片的选择和接口方式的确定后，还要完成USB固件和驱动程序设计。固件程序负责接收并处理USB驱动程序和应用程序的控制指令从而使硬件让设备实现双向数据交换。CYPRESS公司针为CY7C68013芯片提供给出了一个Firmware库和Firmware框架。USB固件程序文件基于Firmware框架主要由fw．c、FPUSB．c、dscr．a51、USBJmpTb．OBJ、Ezusb．lib五部分组成。用户只需要Kei C51开发环境下修改文件FPUSB．c和dscr．a51中的代码来调用任务分配、设备请求和中断处理等函数来处理USB事件，在TD_Init()、TD_Poll()两个任务分配函数中添加初始化代码和完成特定功能的代码从而实现了芯片初始化、处理USB标准设备请求以及电源管理等功能。最好将编译后产生的．hex文件载入芯片就能与主机进行基本的USB通信。

4 软件设计流程

基于GPS的数据采集系统程序在TI公司提供的CCS集成开发环境下进行。系统软件主要由系统主程序，串口中断服务程序数据采集中断服务程序组成。程序流程如图3～5所示。基本的过程是系统上电以后，程序程将对DSP片上组件包括时钟，ADC，定时器，IO口，串口以及通过串口TXD对GPS25 OEM板实现初始化。系统初始化后设置中断向量，等待响应中断服务程序。待DSP接收到GPS25LP板会给出相应信息，开始接收GPS25 OEM板传送来的串行数据，DSP识别到"$GPRMC"语句后可以确定GPS数据处于有效数据的起始位置，开始数据的接收。如果数据的起始符和标示符有误则重复查询过程。接收到有效数据从中筛选出时间(转换成北京时间)和经纬度信息后对由GPS秒脉冲同步的采样信号采集来测量量打上时间和经纬度标签，在片内RAM中储存，再送入发送缓冲区，最后通过USB2．0上传到PC机中分析和处理。

5 结束语

文中将TMS320F2812与GPS25 OEM接收机相结合，设计了一种通用的同步数据采集处理系统。该系统能实现对异地的数据进行同步采集并记录测量点准确测量时间和地理位置信息，并对采集的数据通过USB2．0实现高速实时的上传。基于GPS的数据采集系统在电力系统测量，机电保护，通信测量等领域有着非常广阔的应用前景。

作者：许辉王紫婷   来源：电子设计工程