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1、第29卷 第2期 2006年4月 电 子 测 量 技 术 EL ECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY 数据采集 基于双口RAM的数据采集系统设计 孙爱东 金宁德 赵 鑫 (天津大学 电气与自动化工程学院 天津300072) 摘 要:文中主要介绍了油水两相管流测量装置中数据采集模块的设计。此模块由MSP430F149单片机和 TMS320VC5402 DSP芯片构成双处理器系统,由单片机负责数据采集及与上位机通信, DSP负责相关运算以测 量混合流体轴向相关速度,利用双口RAM实现两种处理器之间的数据共享与通信;并采用16位并行引导方式 实现了DSP芯片的程序上电自举加载。
2、整个系统设计简明,对DSP结合单片机的双处理器系统设计有一定的借 鉴意义。 关键词:数据采集 MSP430单片机 DSP 双口RAM Design of data acquisition system based on dual2port RAM Sun Aidong Jin Ningde Zhao Xin (School of Electric and Automation Engineering , Tianjin University , Tianjin , 300072) Abstract : The double processor data acquisition system b
3、ased on dual2port RAM is introduced in this paper. It is a double2kernel system composed of MSP430 single chip and TMS320VC5402 DSP , in which the single chip in charge of data acquisition and communication with the PC , the correlation algorithm is accomplished by the DSP. Dual2port RAM was used to
4、 communicate between single chip and DSP. The system has some values in the design of double2 microprocessor system. Keywords : data acquisition , MSP430single chip , DSP , dual2port RAM. 1 系统设计 在构建油水两相流测量系统的过程中,我们采 用优化设计的电导式传感器测量垂直上升油水两相 流的相含率和轴向相关速度。对电导式传感器的输 出电压信号进行采集和分析,需要构建工作可靠的 数据采集模块。本系统利用DSP
5、芯片在运算速度 上的优势在频域内进行相关运算以实现轴向相关速 度的测量,在进行系统人机接口、数据传输等功能 的设计时,如果单独使用DSP就会暴露其控制能 力不足的缺点,我们充分利用单片机MSP430F149 图1 数据采集系统结构图 自带的ADC转换器实现信号的模数转换,通过双 口RAM芯片与DSP实现数据通信构成一个双处 理器数据采集系统,再利用单片机的串行口实现采 集系统与上位PC机的通信。系统构成框图如图1 所示。 2 采用双口RAM实现双处理器 数据通信 由430单片机采集的上下游电导传感器信号由 DSP芯片实现相关运算,需要两个处理器间进行 数据通信与共享。选用双口RAM IDT70
6、V25分别 连接单片机与DSP芯片。所选用的DSP芯片 TMS320VC5402是16位数据总线宽度,正好与 IDT70V25双口RAM相匹配。该DSP共有20根 地址线,选低位的13根与双口RAM相连,并通 过328译码器将816的双口RAM安排在DSP片 外数据空间的4000H到5FFFH范围内。具体的硬 件设计如图2所示。MSP430F149单片机的数据总 基金项目:国家自然科学基金项目(60374041) ,教育部留学回国 人员科研启动基金资助项目。 09 线和地址总线是不开放的,它与双口RAM的数据 传输需通用I/ O口模拟来实现1。MSP430F149的 通用I/ O接口为8位宽度
7、,它与16位的双口 RAM连接就要分高8位、低8位分次进行。选择 MSP430F149单片机的P1口作为数据总线,双口 RAM的低8位数据总线与P1口直接连通,高8 位数据通过两片74AC373锁存器与P1口分别连接 用于对双口RAM进行读、写操作时的数据锁存。 选择单片机整个P4口的8位和P5口的低5位组合 为13位的地址线与双口RAM的地址总线相连。 整个P2口作为RAM左侧通道的控制引脚和数据 锁存器的控制端。 在实际的操作中,单片机的P2、P4口和P5 口低5位始终为输出方向,而作为数据线的P1口 则在单片机写数据到双口RAM时状态为输出方 向,读出数据时为输入方向。将双口RAM安排在
8、 一段从0000H到1FFFH的单片机“虚拟”片外数 据存储空间中,通过单片机I/ O端口模拟实现双 口RAM的读写操作。 图2 双口RAM实现单片机与DSP之间的数据传输 单片机对双口RAM的读写具体操作过程为: 在进行写操作时,首先将P1、P2、P4和P5口的 方向寄存器均置为输出,然后向P4、P5口的输出 寄存器内写入准备写入双口RAM的虚拟地址例如 0100H ,随后向P1口的输出寄存器写入相应地址 内的高8位数据,最后向P2口的输出寄存器写入 满足双口RAM高8位写操作逻辑的控制字,这个 控制字一经写入,双口RAM的数据和地址总线放 开,分别从单片机的P1口、锁存器74AC373 _
9、 A 及P4、P5口读入数据和地址,完成向该地址写入 高8位数据的操作。这时低8位数据同时被写入与 高8位数据相同的数值,此后使双口RAM停止工 作,向P1口输出寄存器中写入低8位数据,并在 P2口输出寄存器中写入满足双口RAM低8位数 据写操作逻辑的控制字,再次启动双口RAM ,这 样P1口中的数据就被传送到“虚拟”地址的低8 位之中,覆盖了原来的数据,完成了一次完整的 16位数据写操作。注意写入低8位数据的时候, 数据锁存器74AC373 _ A是不工作的, P2口相应 的控制位应为低电平。在整个双口RAM的写操作 过程中数据锁存器74AC373 _ B一直处于高阻状态 保证其不干扰数据总
10、线的电平。 单片机对双口RAM进行读操作的过程与上述 过程类似。只是要将P1口的方向寄存器设置为输 入,而P2、P4和P5口仍为输出。先将锁存器 74AC373 _ B置为高阻状态在P1口读出低8位数 据,然后使锁存器74AC373 _ B处于跟随状态读入 高8位数据,然后需要关掉双口RAM使P1口上 的电平失效,再读入锁存器中的高8位数据,完成 对双口RAM的一次写操作,在整个读操作过程中 锁存器74AC373 _ A一直处于高阻状态。对总线 不开放的8位单片机与16位双口RAM的连接和 读写操作,以上的硬件设计和读写操作过程均有借 鉴意义。 图3 TMS320VC5402存储器扩展连接图
11、(下转第94页) 在TMS320VC5402 DSP一侧,由于它的地址 和数据总线都是开放的,并且数据总线宽度与双口 RAM相匹配,所以它的读写操作就很方便,只要 按照读写数据存储区的方法进行就可以了2。 3 并行引导方式实现DSP芯片 的程序上电自举加载 作为一套数据采集系统, DSP芯片工作时必 须脱离仿真器的开发环境,实现上电复位后程序的 自举加载。在TMS320VC5402片内有一块4 K的 ROM ,里面存有一段TI公司固化好的Bootloader 引导程序,有5种Bootloader方式提供给用户选 择。只要上电复位后, TMS320C5402的MP/ MC 脚 为低电平,即DSP
12、工作于微计算机模式,DSP 19 第2期 孙爱东等:基于双口RAM的数据采集系统设计 DirectX家族中DirectShow的Dump. ax滤波器没 有在机器上注册,因为Filter是一种COM组件, 使用时必须已经注册。只要运行Regsvr32 Dump. ax即可解决。 3) 文件正常保存也能正常播放,但观看效果 不连续。这种情况是由于机器CPU速率不够高, 或者在保存节目的同时运行了大量其他的应用程 序,导致丢包现象。调试结果表明, CPU主频 112GHz以上的机器,只要不运行其他特别耗费 CPU的应用程序,就可正常保存并观看节目。 4) 对于有线电视节目,如果在调试过程中误 码率
13、极高,可能是调制器的衰减增益设置欠妥,适 当调整一下即可。另外,对于卫星电视接收不到节 目可能是由于卫星接收天线的本振不是默认的 5150MHz ,在设置频率参数时用卫星下行频率减 去天线的本振和5150的差值。 5 结 论 如果节目正常存储到本地硬盘上,使用解码软 件就可播放,图像质量比电视要高得多。用本方法 对中央电视台试播的节目进行存储和码流分析实 验,机器CPU主频214GHz ,内存256M ,硬盘 80G。现在中央电视台的一个TS流中包含7套标 准清晰度节目,可以同时进行观看、存储和码流分 析。 原接收卡不能播放高清晰度数字电视节目,但 应用本文提出的方法可以把节目保存到硬盘上,通
14、 过电脑应用软件播放,至少可以达到720p的观看 效果。由于高清晰电视传输码率极高,不能实现在 线的码流分析,对实验室和电视台来说,离线码流 分析足可胜任,码流分析的结果可以打成TS包供 其他设备使用,完成后续工作。此方法还可以获取 不同电视台的EPG和增值业务信息,整理成标准 TS文件,可对其他网络运营商提供EPG数据和其 他增值业务数据。 参 考 文 献 1国澄明,刘康等.PVR技术应用于SDTV机顶盒的 研究与实现J .电子技术应用, 2004 , 30 (4) : 70273. 2 B2C2 Inc , Technology Support about our products Z.
15、2003. 3钟玉琢等.MPEG22运动图像压缩编码国际标准及 MPEG的新进展 M .北京:清华大学出版社, 2002. 4郑仁杰等.实用软件工程M.北京:清华大学出 版社, 1997. (上接第91页) 图4 并行引导方式流程图 就从片内ROM的中断向量表0FF80H开始执行, 然后跳转到0F800H的Bootloader程序处,开始寻 找满足要求的程序自举方法,直到找到满足要求的 引导方式为止3,本文所采用的是方便实现的16 位并行引导方式,通过并行接口总线将自行开发的 程序代码从I/ O空间或数据空间的Flash中搬移到 DSP的程序RAM区执行。我们为DSP芯片扩展 了 一 片SST
16、VF400AFlash和 一 片CY7C1021 SRAM ,硬件连接图如图3所示。 程序上电自举加载流程如图4所示。将首地址 和自举表都放在数据空间的Flash中。通过CCS 中自带的HEX500工具生成有格式要求的自举表, 将其作为数据写入Flash中即可实现程序上电自举 加载。 整个数据采集系统充分发挥两个处理器各自的优 势,通过双口RAM实现两个处理器通信的方法对于 DSP结合单片机的设计方法有一定的借鉴意义。 参 考 文 献 1魏小龙. MSP430系列单片机接口技术及系统设计实 例.北京:北京航空航天大学出版社, 2002. 2张雄伟,陈亮,徐光辉. DSP芯片的原理与开发应 用M.北京:电子工业出版社, 2003. 3Texas Instruments.TMS320VC5402 and TMS320U C5402 Bootloader R.TI Instruments 2002. 49 杨爱萍等:数字电视节目存储设计与实现 第2
