基于DSP的 USB 口數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)

摘要：介紹了一種基于DSP的USB口振動(dòng)、噪聲信號(hào)采集分析系統(tǒng)構(gòu)造方案，并對(duì)其各模塊進(jìn)行了分析，該方案完全實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)編程和配置。針對(duì)USB模塊詳細(xì)介紹了CYPRESS公司的EZUSB芯片，說(shuō)明了其固件（Firmware）和驅(qū)動(dòng)程序框架。

    關(guān)鍵詞：DSP USB FPGA CPLD Firmware 驅(qū)動(dòng)程序

隨著DSP芯片功能越來(lái)越強(qiáng)，速度越來(lái)越快，性價(jià)比的不斷提高以及開(kāi)發(fā)工具的日趨完善，廣泛用于通信、雷達(dá)、聲納、遙感、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器人、控制、精密機(jī)械、語(yǔ)音和圖像處理等領(lǐng)域。作為計(jì)算機(jī)接口之一的USB（Universal Serial Bus）口具有勢(shì)插拔、速度快（包括低、中、高模式）和外設(shè)容量大（理論上可掛接127個(gè)設(shè)備）的特性，使其成為PC機(jī)的外圍設(shè)備擴(kuò)展中應(yīng)用日益廣泛的接口標(biāo)準(zhǔn)。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于DSP的USB口數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)的DSP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和運(yùn)算處理，處理結(jié)果通過(guò)USB口送計(jì)算機(jī)顯示分析，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該結(jié)構(gòu)圖中，CPLD和FPGA實(shí)現(xiàn)模塊接口，包括串并轉(zhuǎn)換、8位和32位數(shù)據(jù)總線間的轉(zhuǎn)換、SRAM等功能。采樣結(jié)果經(jīng)過(guò)CPLD送至DSP運(yùn)算處理（FFT變換、相關(guān)分析、功率譜分析等）后，由FPGA和USB接口送至主控計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和顯示。計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序易于實(shí)現(xiàn)豐富的圖形界面，具有良好的人機(jī)接口。

1 模數(shù)模塊

本系統(tǒng)主要用于振動(dòng)信號(hào)和噪聲分析，要求采樣精度高，采樣頻率不超過(guò)100kHz。根據(jù)要求選用CRYSTAL公司的CS5396。該芯片原本用于立體聲采樣，基于∑-Δ結(jié)構(gòu)，采樣精度高，24位分辨率，120dB的動(dòng)態(tài)范圍；采樣頻率32kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz可選；內(nèi)部集成采樣保持器、模擬低通濾波器、數(shù)字濾波器，同時(shí)還具有時(shí)采樣功能；兩路同時(shí)采樣，串行輸出，串行數(shù)據(jù)由CPLD轉(zhuǎn)換成24位并行數(shù)據(jù)；由于該芯片量程是4V，差分輸入，所以模擬部分只需再加上簡(jiǎn)單量程放大電路即可。這樣模擬電路十分簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)、精度高。

2 DSP處理器

選擇DSP處理器時(shí)主要考慮其運(yùn)算速度、總線寬度和性價(jià)比。本系統(tǒng)采樣結(jié)構(gòu)24位，最好選用32位DSP；系統(tǒng)要進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)分析、模態(tài)分析等，要求有較高運(yùn)算速度，所以選用TI公司的32位浮點(diǎn)DSP——TMS320VC33。該芯片采用哈佛結(jié)構(gòu)，6級(jí)流水線操作，指令執(zhí)行周期7ns，外設(shè)包括一個(gè)DMA控制器和一個(gè)緩沖串口。

N點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT變換約做2N×Log2N次實(shí)數(shù)乘法運(yùn)算和3N×Log2N

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