摘要：介紹了以TMS320F2812" title="TMS320F2812">TMS320F2812和ADS8364" title="ADS8364">ADS8364為核心的智能節(jié)點(diǎn)" title="智能節(jié)點(diǎn)">智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計,，該節(jié)點(diǎn)不僅可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還可以實(shí)現(xiàn)闞值報警,、數(shù)字濾波,、FFT變換等功能。并詳細(xì)介紹了本設(shè)計的工作原理、硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計,。
關(guān)鍵詞：DSP,；CAN總線" title="CAN總線">CAN總線：智能節(jié)點(diǎn)

0 引言
    在實(shí)際工程應(yīng)用中，經(jīng)常需要對各種設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷,，首先要對各傳感器的信號進(jìn)行采集,，為了減輕上位機(jī)的運(yùn)算負(fù)荷，設(shè)計了一種基于DSP的智能節(jié)點(diǎn),，主要用來實(shí)現(xiàn)信號采集和FFT變換等功能,。

1 硬件設(shè)計
    智能節(jié)點(diǎn)的硬件主要包括DSP處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器,、擴(kuò)展的靜態(tài)存儲器,、電平轉(zhuǎn)換芯片、CAN接口驅(qū)動,、光電耦合輸入和傳感器調(diào)理及電源電路等,。
    DSP處理器選用TI公司的32位定點(diǎn)高速DSP芯片TMS320F2812。TMS320F28X系列是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的32位定點(diǎn)DSP芯片,。它不但運(yùn)行速度高,，處理功能強(qiáng)大，并且具有豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備,，便于接口和模塊化設(shè)計,。它既具有數(shù)字信號處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制功能,，特別適用于有大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合,，如工業(yè)自動化控制,、智能化儀器儀表及電機(jī)伺服控制系統(tǒng)等,。采用8級指令流水線，單周期32×32位MAC功能,，最高速度每秒中可執(zhí)行1．50億條指令(150MIPS),，保證了控制和信號處理的快速性和實(shí)時性。另外MS320F2812片上還集成了豐富的外部資源,，包括16路12位ADC,、16路PWM輸出、3個32位通用定時器,、128k的16位FLASH存儲器,、18kRAM存儲器，外圍中斷擴(kuò)展模塊(PIE)可支持45個外圍中斷,，并具有McBSP,、SPI、SCI和擴(kuò)展的CAN總線等接口。TMS320F2812還支持最大1M的外部存儲器擴(kuò)展,。TMS32 0F2812支持C／C++編程語言,，其c語言優(yōu)化器的C編譯效率可達(dá)90％，還有虛擬浮點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫提供支持,，可以大大縮短數(shù)學(xué)運(yùn)算與控制程序的開發(fā)周期,。
    模數(shù)轉(zhuǎn)換器選用TI公司的ADS8364，該芯片是一款6路模擬輸入,、16位并行輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,。6路模擬輸入分為三組(A，B和C),，每個輸入端都有一個保持信號來實(shí)現(xiàn)所有通道的同時采樣與轉(zhuǎn)換功能,，非常適合于多路(多種)采集系統(tǒng)的需要。ADS8364提供了一個靈活的高速并行接口,，可以運(yùn)行在直接尋址,、循環(huán)采樣、FIFO等三種模式,，每個通道的輸出數(shù)據(jù)都可直接作為一個16 bit的字,，可以直接與數(shù)字信號處理器TMS320F2812相連。
    由于數(shù)據(jù)采集和FFT變換需要大量數(shù)據(jù)空間,，而TMS320F2812片上只有18 k的RAM可供使用,，而且分布于5個不同的區(qū)域，不能滿足使用要求,，因此在外部又?jǐn)U展了一片64 k的16位無等待靜態(tài)存儲器IS61LV6416,。
    本智能節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計的關(guān)鍵部分是TMS320F2812芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計和ADS8364的接口設(shè)計。
1．1 TMS320F2812的最小系統(tǒng)設(shè)計
    (1)電源和復(fù)位部分：本設(shè)計采用外部5 V直流電壓供電,。通過DC／DC器件產(chǎn)生3．3 V的內(nèi)核電壓VDD和1．8 V的I／O電壓VDDIO電壓,。電源芯片TPS767D318為雙電源輸出，一路為3．3 V,、一路為1．8 V,。每路電源的最大輸出電流為1 A。芯片還提供兩個寬度為200 ms的低電平復(fù)位脈沖,。本設(shè)計的復(fù)位信號分兩種：上電復(fù)位,、手動復(fù)位。上電復(fù)位由芯片TPS767D318產(chǎn)生,，手動復(fù)位由電阻電容組成的電路產(chǎn)生,。
    (2)時鐘部分：為DSP芯片提供時鐘一般有兩種方法。一種是采用晶體,，一種是采用外部有源時鐘芯片,。本設(shè)計采用前者,。它利用了DSP芯片內(nèi)部所提供的晶振電路，在DSP芯片的x1和x2之間連接一晶體可啟動內(nèi)部振蕩器,。
    (3)仿真部分：這一部分將作為程序的調(diào)試和燒錄所用,。2812芯片提供了5個標(biāo)準(zhǔn)的JTAG信號(TRST、TCK,、TMS,、TDI、TDO)和兩個仿真引腳(EMU0,、EMU1),。
1．2 ADS8364的接口設(shè)計
    ADS8364采用+5V模擬電源(AVDD)和數(shù)字電源(DVDD)，而其內(nèi)部的緩沖器采用與TMS320F2812相同的+3．3 V電壓,。緩沖器電壓(BVDD)允許直接連接到3 V或5 V電壓系統(tǒng),。TMS320F2812的I／O電壓為+3．3 V，因此,，若使用該元件,，ADS8364的BVDD必須設(shè)置成3．3 V。
    在這個設(shè)計中,，ADS8364采用的是4 MHz時鐘,。每個通道的吞吐率最大可達(dá)200 ksps。將ADS的地址線A[2：0]接到TMS320F2812的地址線,。當(dāng)A0接到數(shù)字地,，A2和A1接到VCC上可迫使ADS8364進(jìn)入周期模式。在這個模式中,，轉(zhuǎn)換器可自動對6個通道進(jìn)行采樣,，并可將數(shù)據(jù)按從A0到C1的順序傳送到輸出端。
    將ADS8364的BYTE引腳接到VCC上,，可以使能字節(jié)模式,。在這個模式中，要從ADC中正確地讀取數(shù)據(jù),，需要對每個通道進(jìn)行兩次連續(xù)的讀操作,。第一次讀取的是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高位字節(jié),，第二次讀取的是低位字節(jié),。假如通道信息要作為數(shù)據(jù)輸出的一部分，那么,，應(yīng)將ADS8364的ADD引腳也接到VCC,。讀取數(shù)據(jù)時，需要對ADS8364的每個通道進(jìn)行三次讀操作,。第一次讀取通道和數(shù)據(jù)信息,，后兩次分別讀取高位和低位數(shù)據(jù),。
1．3 ADC的初始化操作
    觸發(fā)ADS8364的復(fù)位引腳RST可以確保讀指針指向第一個數(shù)據(jù)位置。作為TMS320F2812初始化的一部分,，由TMS320F2812的通用輸入輸出口GPIOFO提供給ADS8364的引腳RST,。當(dāng)系統(tǒng)時鐘穩(wěn)定后，被觸發(fā)為低電平,，從而確保了從ADC輸出的數(shù)據(jù)對應(yīng)于通道A0,、A1、B0,、B1,、C0、C1的排列,。
    對于每一個轉(zhuǎn)換通道,，EOC均是低電平信號。ADS8364可為TMS320F2812提供三個脈沖,。每個脈沖信號表明一個轉(zhuǎn)換的結(jié)束,。當(dāng)ADC的這三個引腳同時置低時，三個通道被認(rèn)為有效并同時進(jìn)行轉(zhuǎn)換,。另外,，EOC引腳也可被連接到TMS320F2812的一個中斷引腳，以觸發(fā)一個讀周期,。
    ADS8364的片選CS是一個有源低電平輸入信號,。當(dāng)CS為高時，并行輸出引腳處于高阻態(tài),。當(dāng)CS為低時,，并行數(shù)據(jù)線反映了輸出緩沖器的當(dāng)前狀態(tài)。為了正確地從ADS8364的并行數(shù)據(jù)總線上讀取數(shù)據(jù),，ADS8364必須被片選CS選中后才能進(jìn)行讀操作,。

    ADS8364的讀(RD)信號端也是有源低電平信號。當(dāng)CS為低時,，在讀信號(RD)的下降沿,，ADS8364中寄存器的內(nèi)容將被更新。這意味著在每個讀序列之前,，RD信號必須被觸發(fā),，這樣才能更新輸出緩沖器。通過TMS320F2812的中斷子程序?qū)DS8364的RD引腳置低可以保存輸入的數(shù)據(jù),，之后可再將RD引腳置高,。

2 軟件設(shè)計
    在實(shí)際工作中，智能節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)或頻譜值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行存貯,、處理,。上位機(jī)通過CAN接口與智能節(jié)點(diǎn)通信,。
    智能節(jié)點(diǎn)的程序是在TI提供的開發(fā)工具Code Composer Studio上用C語言開發(fā)。在開發(fā)過程中,，使用了TI公司提供的C281×C／C++頭文件庫,。該頭文件庫利用結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體的形式對F2812的各個寄存器進(jìn)行了定義，用戶可以通過C語言直接對處理器內(nèi)部的寄存器進(jìn)行訪問,。
    由于MS320F2812沒有獨(dú)立的程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間,，是統(tǒng)一編址的，因此用戶首先要根據(jù)需要通過配置鏈接命令文件(．cmd文件)對存儲空問進(jìn)行劃分,。
    為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的FFT變換,，開發(fā)過程中還使用了TI公司提供的FFT函數(shù)庫。FFT函數(shù)庫提供了32位復(fù)數(shù)FFT變換(CFFT32)和實(shí)數(shù)FFT變換(RFFT32)兩種模塊,，可以進(jìn)行128,、256、512和1024點(diǎn)的復(fù)數(shù)和實(shí)數(shù)FFT變換,。需要注意的是變換中所使用的數(shù)據(jù)是Qx格式,，因此對變換后的結(jié)果需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換才能得到真實(shí)數(shù)值。
    智能節(jié)點(diǎn)的主程序流程為：加電后,，程序先初始化,，進(jìn)入主循環(huán)后就不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和閾值判斷，如有收到上位機(jī)命令(CAN接口接收中斷)就轉(zhuǎn)入中斷處理程序,，根據(jù)上位機(jī)的不同命令選擇不同的處理方式,。如采集到的數(shù)據(jù)超出閾值，優(yōu)先向上位機(jī)發(fā)送報警信息,。

3 結(jié)束語
    本文設(shè)計的智能節(jié)點(diǎn)已在多個監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)中得到應(yīng)用,，實(shí)踐證明該模塊工作可靠，能滿足工程中分布式數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測需要,。