TMS320VC33控制的地震记录仪设计

    摘要：本文详细介绍TMS320VC33控制下的地震记录仪的整体设计过程。本系统是采用TMS320VC33为主控芯片采集由16位模数转换芯片AD976转换后的16位数字量；经TMS320VC33处理后的16位数字量完成与上位计算机通信。主要应用过采样技术、滤波技术、数字滤波技术、DSP技术、数字信号处理技术等现代电路设计技术，使本系统成为数据采集的精典产品。

    关键词：DSP（数字信号处理）、过采样、滤波、模数转换（A/D）

    引言

    本次设计主要采用TI公司生产的32位浮点数字信号处理芯片TMS320VC33作为系统的主控芯片；采用Analog公司生产的16位模数转换芯片AD976作为模数转换芯片；采用Linear公司生产的八阶开关电容式低通滤波器LTC1064－2作为硬件滤波芯片。本系统功能的实现主要分为两个部分即：硬件电路设计和DSP软件程序设计。

    1. 硬件电路设计

    考虑到系统功能的实现，硬件电路设计主要分为四个部分即：信号前置处理和信号滤波处理、信号AD转换、DSP功能实现，计算机接口电路。系统框图如图1：

    1.1 信号前置处理和滤波处理

    信号前置主要是通过DG419二选一模拟开关对两个量程的信号进行切换选通，DG419的控制端由DSP直接控制，模拟信号通过DG419送给LF356运算放大器，进行信号的放大和一级滤波。这里用运算放大器人为作了一个二阶滤波器，将信号整形处理幅值为±10V的准备供给AD的电压信号。通过前置处理的模拟信号经过DG419进行选择由DSP控制分成两种情况即通过LTC1064－2滤波通道或者直接送给AD976，通过LTC1064－2的将前置信号的高频滤掉，滤波器的转折频率由DSP提供的滤波时钟控制。

    1.2 模数转换

    信号经前置整形和滤波后的±10V电压信号送到模数转换器AD976，一个模拟量经AD转换后产生16位数字电压量，在转换结束后由AD976的BUSY管脚的状态给后面的74HC574一个锁存脉冲，将16位数字量信号锁存到74HC574上，等待DSP来读取数据。这里面AD976的转换及前置DG419的信号选通都是由DSP主控的，从时间上能够保证读取AD转换后的有效数据。

    1.3 DSP功能实现

    TMS320VC33是TI公司生产的高性能浮点数字信号处理芯片，根据DSP芯片本身的特点需要考虑几个方面：

    (1) 电源供给

    DSP本身使用3.3V工作电压，使用1.8V锁向环电压，需要采用TI公司推荐的电源芯片TPS767D318将＋5V电源电压转换成3.3V和1.8V。

    (2) 晶振产生电路

    根据使用的晶振不同采用的晶体振荡起振电阻和电容不同，这里采用10M晶振，起振电阻和电容分别选用470欧姆和15pF电容。

    (3) 锁向环电路

    锁向环需要采用推荐电路，注意用的电阻分别为100欧姆和103电容。

    (4) 电平转换电路

    由于DSPVC33只能接受3.3V电平信号，因此需要用电平转换芯片74LVT245进行电平转换，同时考虑对74LVT245的读写逻辑操作。

    1.4 计算机接口电路设计

    计算接口电路框图如图2所示。

    计算机接口电路主要完成计算机与DSP通信的功能。计算机通过给DSP一个硬件中断向DSP发送数据，当DSP响应硬件中断后通过程序将中断清除。计算机通过逻辑控制数据判断FIFO状态，决定读取FIFO数据的时间。这样完成了DSP与上位计算机的接口。

    2． DSP软件程序设计

    DSP软件程序设计主要完成发送通道选择采样时钟、滤波时钟；采集AD数据；处理AD数据（包括数字滤波和数据整理）；保存数据到FIFO存储器；处理硬件中断。DSP软件程序流程图如图3、图4、图5所示。

    3． 结论

    DSP控制的数据采集系统主要应用了现代电子电路设计方法，数字信号处理技术、模拟滤波技术、系统抗干扰技术、虚拟仪器技术、可编程逻辑控制技术。整个系统选用了一批高性能的芯片，保证系统的可靠性和系统的采集精度，是数据采集的精典产品。