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基于TMS320F2812數據采集與CAN總線傳輸.doc

'基于TMS320F2812數據采集與CAN總線傳輸.doc'
?摘  要目前,數據采集系統廣泛應用于科研,教育,工業,水利等眾多領域。隨著計算機和信息技術的飛速發展,數字信號處理已經成為高速實時處理的一項關鍵技術,而數字信號處理器(DSP)芯片的出現為實現數字信號處理算法提供了可能。本系統采用TMS320F2812作為核心處理器,完成四路模擬信號的數據采集,將采集后的數據暫存在片存儲器中,進行數字濾波后,傳輸到計算機顯示。F2812有豐富的片外設,用它作為處理器進行電路設計,可以使電路結構設計簡單,成本低,開發周期相對短。數據采集部分,采用F2812部自帶的12位AD轉換模塊,由于F2812部存在增益誤差和偏移誤差,對系統的精度有一定的影響。數字濾波部分,采用FIR濾波器,利用MATLAB的FDAtool軟件來實現。數據傳輸是基于CAN總線完成,利用的是F2812上的eCAN模塊,采用TI公司的SN65HVD230作為收發器,它是CAN協議控制器和物理總線的接口。并完成了對自動換擋電路模塊、隔離電路模塊,有效值轉換電路模塊的設計。關鍵詞:TMS320F2812;數據采集;FIR數字濾波;CAN總線ABSTRACTCurrently, data acquisition systems are widely used in scientific research, education, industry, irrigation. With the rapid development of computer and information technology, digital signal processing technology has been more and more important in high-speed and real-time processing. The appearance of DSP chip makes the arithmetic of digital signal processing come true.Based on TMS320F2812, our system completes the acquisition to four anolog signal.The acquisited data is storaged in the chip's memory temporarily, then it is filtered and transmitted to PC. As this chip has abundant of peripheral, we can have a simple circuit architecture, a low cost and a short development time by using it. In A/D part, we use the 12-bit ADC of the chip. Due to the internal errors of the F2812 influence the system percision, we give the ways to improve sampling precision.In the digital filter part, we design FIR filter.In the system,we use FDATool in the Matlab.Data transmission is based on CAN bus.We use F2812 eCAN module.The transceiver is SN65HVD230 of TI company, which is the interface of CAN between CAN controller and physical bus. And we design the automatic range selection circuit module,isolation circuit module and the RMS converter circuit module.Key words:TMS320F2812;data acquisition;FIR digital filter;CAN bus目 錄第1章 緒論 11.1 論文研究的背景和意義 11.2 數據采集系統國外研究現狀 21.3 論文研究的主要容 4第2章 數據采集系統的核心電路設計 62.1 系統總體實現方案 62.2 DSP芯片的選取 62.3 TMS320F2812芯片的介紹 92.4 TMS320F2812最小系統的設計 132.5 A/D模塊設計 162.6 CAN模塊的設計 172.7 數字濾波器的選擇與設計 182.8 本章小結 21第3章 數據采集系統的接口電路設計和調試 223.1 直流電壓接口電路的設計 223.2 交流電壓轉換電路的設計 293.3 直流電流接口電路的設計 303.4 交流電流轉換電路的設計 313.5 本章小結 32第4章 數據采集系統的軟件編程和調試 334.1 DSP實驗箱的介紹 334.2 系統仿真調試的工具 334.3 ADC程序的編寫和調試 364.4 CAN總線程序的編寫和調試 414.5 數字濾波的仿真和移植 454.6 本章小結 50結論 51參考文獻 53致 55第1章 緒論1.1 論文研究的背景和意義在計算機廣泛應用的今天,微機應用日益普及深入發展,微機在通信自動化、工業自動控制、電子測量、信息管理和信息系統等方面得到廣泛的應用。 數據采集就是將被測量對象的各種參量通過各種傳感器元件做適當轉換后,再經信號調整、采樣、量化、編碼、傳輸等步驟,最后送到控制器進行數據處理或存儲的過程。數據采集的在多個領域有著十分重要的應用,它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。數據采集系統廣泛應用于信號處理、通信及圖像處理等現代電子信息實時處理工程。隨著現代工業生產規模的不斷擴大,并朝著大型化、高速化、自動化和連續化的方向發展,對數據采集系統的要求也越來越高。隨著大規模集成電路技術的迅速發展,微處理器、存儲器、輸入/輸出等外圍接口的性能不斷提高,體積越來越小,價格越來越低,數據采集器也不斷向智能化、小型化發展。智能化儀器的研制已經成為當今研制的主要方向。數字信號處理器 (DSP)主要針對描述連續信號的數字信號進行數學運算,以得到相應的處理結果。這種數學運算以快速傅立葉變換 (FFT)為基礎,對數字信號進行實時的處理。最近二十多年來,由于集成電路技術的高速發展,用硬件來實現各種數字濾波和快速傅立葉變換成為可能,從而使DSP得到了極為快速的發展和廣泛的應用。在數字化世界和互聯網的時代,DSP已經變得越來越重要,可以說是無處不在。隨著計算機和微電子技術的高速發展,各項性能指標的要求也逐漸提高。對數據的采集除了要求具有高速度和高精度外,還需要對多通道的輸入信號進行采。省略部分。、80HZ的三個混合正弦信號,用帶通FIR濾波器,參數如下:采樣頻率Fs=1000HZ,通帶下限截止頻率Fc1=70HZ,通帶上限截止頻率Fc2=84HZ,采用漢寧窗進行設計。其搭建的模塊仿真圖如下圖4.9所示,其中的FDAtool工具選擇參數如圖4.10所示。圖4.8 FIR低通濾波器FDAtool數據設置圖4.9 FIR帶通濾波器Matlab Simulink仿真搭建 圖4.10 FIR帶通濾波器FDAtool數據設置 2、仿真結果 (1)FIR低通濾波器圖4.11 FIR低通凱瑟窗設計前圖4.12 FIR低通凱瑟窗設計后 (2)FIR帶通濾波器 圖4.13 FIR帶通漢寧窗設計前 圖4.14 FIR帶通漢寧窗設計后 3、數字濾波器程序的移植 把生成的濾波器系數以頭文件形式傳到CCS的fir工程文件夾中。在FDATooI設計界面中選擇Targets->Generate C Header,在此對話框中,變量名選擇h,變量長度為N(N為濾波器的沖擊響應長度,濾波器的階數為N-1),輸出數據類型選擇為Signed 32-bitinteger,根據自己安裝選擇目標板板號和處理器號,單擊OK,指定頭文件名filtercoeff.h 和路徑C:\ti\myprojects\fir工程中。該頭文件包含了濾波器階數和系數數組。由于此頭文件用到了Matlab中的tmwtypes.h文件,需把該文件也包含在fir工程中,還要在fir.c文件中聲明包含濾波器參數頭文件,即:# include“filtercoeff.h”。再用C語言編寫主程序fir.c,利用匯編語言文件來定義中斷服務程序。然后根據板上的存儲器配置方式,編寫存儲器配置文件(.cmd文件)。在CCS中,編譯,生成可執行文件(fir.out文件),加載到目標DSP中。 下面為濾波的部分程序:for(i=0; iO;i--)x[i]=x[i-1];//每一次新的數據輸入后,原先的每一個數據要進行移位,將 x[0]—x[N-1 ]移位至x[1]—x[N-1],為下次輸入至x[0」做準備4.6 本章小結 對數據采集系統的軟件部分進行編程與調試,簡介了CCS軟件,對ADC模塊、數字濾波模塊、CAN總線模塊程序進行說明,并用MATLAB軟件對數字濾波部分進行建模與仿真。結 論本文闡述了一種基于TMS320F2812處理器的數據采集與傳輸的設計方法。對四路模擬信號進行采集,采集的結果暫存在片存儲器中,進行數字濾波后,數據傳輸到上位機上顯示。文中詳細介紹了所設計數據采集系統中的核心電路以及接口電路的設計和軟件程序的編寫與調試。本文所做的主要工作如下:(1)數據采集,我用A/D電路模塊采用F2812芯片的片A/D接口來實現。完成用CCS軟件對ADC程序的編寫與調試,并通過DSP實驗箱測得數據。但由于F2812部存在增益誤差和偏移誤差,對系統的精度有一定的影響,可以從硬件的方面來提高精度。(2)數據傳輸,是用CAN總線完成的。由于F2812嵌eCAN模塊己經有CAN控制器,設計中只需外加CAN收發器,就可以完成通信。本設計采用TI公司的SN65HVD230作為收發器。文中還給出了CAN發送的軟件設計。(3)數字濾波器,采用窗函數法設計FIR濾波器。本文設計了FIR低通和帶通兩種濾波器,由于濾波器的參數會需要改變,濾波器系數也變化,給調試帶來困難。本文采用了Matlab的FDAtool工具,設計需要的濾波器并導出系數生成頭文件包含在濾波器工程文件夾中,在保證頭文件名不變的情況下,濾波器參數改變時,系數會隨之改變,方便了調試,縮短了DSP開發周期。(4)數據采集的接口電路是使四路模擬信號(0-1000V直流電壓、0-400V交流電壓、0-10A直流電流和0-10A交流電流)轉換為0-3V的直流電壓。主要設計了三種電路模塊來完成其功能,分別為自動換擋電路模塊、隔離電路模塊、有效字轉換電路模塊。并測量出三種模塊的數據,進行分析。 由于初次進行基于TMS320F2812的數據采集與CAN總線傳輸的設計,系統不夠完善,還可以在以下幾個方面展開工作: (1)F2812部ADC模塊還存在非線性誤差,如何進行非線性誤差的校正也是個待解決的問題。 (2)還可以通過上位機發送命令控制DSP的數據采集,數字濾波和數據傳輸,使系統的實用性增強。袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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