数字信号处理器DSP在路基压实度测定仪中的应用.doc
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数字信号处理器DSP在路基压实度测定仪中的应用
柳香雅杨中秀
(潍坊科技职业学院,山东寿光262700)
摘要:
文章以作者开发设计的一种便携式路基压实度测定仪中用到的DSP芯片TMS320VC5402为例,详细介绍了DSP芯片在路基压实度测定仪中的应用。
对DSP的存储器扩展进行了介绍,并对DSP和液晶模块VP12864T(控制器为T6963C)接口的软硬件进行了设计。
关键词:
DSP;TMS320VC5402;压实度;T6963C
中图分类号:
TP216文献标识码:
A
引言
图1测定仪的结构框图
信号检测装置
信号调理
数据采集模块
DSP信号处理器
液晶显示
串口通信
信号处理与分析
数据存储
随着我国经济的飞速发展,交通工具的增多,人们对公路等级和质量的要求也越来越高,而路基路面压实质量是道路工程施工质量管理最重要的内在指标之一,现场压实质量用压实度来表示。
路基压实度测定仪是用来测定路基路面压实度的。
目前的路基压实度测定仪大都体积过大、功耗太高、不能脱离计算机,在野外使用极不方便。
为适应国内大面积与高质量路基施工的要求,本文采用现代仪器电路设计的新特点,采用了一种新颖的瞬态冲击法[1],在核心器件部分采用高性能的数字信号处理器DSP,研制出一种低功耗、便携式路基压实度测定仪。
1系统介绍
测定仪的结构框图如图1:
该系统主要由信号检测装置、信号调理电路、数据采集(A/D)部分、信号处理部分和结果显示部分等组成。
其工作过程是:
在碾压好的路基表面上,利用一个装有加速度传感器的重锤,以等高自由落下,给路基一个瞬态冲击,该信号被锤上的传感器所接收。
传感器获得的响应信号经信号调理、A/D转换后,将采集到的信号存放至数字信号处理器(DSP),在数字信号处理器中进行数据的处理(数字滤波、FFT、功率谱分析等),通过查询专家数据库得到压实度数值,并将数值用LCD显示出来。
在整个过程中,DSP是核心器件,其具有强大的数字信号处理功能,DSP的应用使得仪器实现了低功耗、便携式。
2数字信号处理部分DSP的使用
2.1DSP的使用
传统的路基压实度测定仪大都不能脱离计算机,不仅体积大,而且计算机的功耗较大,在野外使用的电源问题很难解决。
基于此,本系统在信号处理部分采用了一种高性能、低功耗的数字信号处理器DSP。
DSP具有以下特点:
(1)DSP(DigitalSignalProcessor)实际上也是一种单片机,但它有别于普通的单片机,它采用了多组总线技术实现并行运行机制,从而极大地提高了运行速度,目前DSP芯片的处理速度已达到了单指令周期为10ns左右,而且具有非常灵活的指令系统。
(2)DSP强调运算处理的实时性,还针对实时数字信号处理,在处理器结构、指令系统、指令流程上做了很大的改进。
像本测定仪在数字信号处理部分要进行FFT变换,FFT要做到多点运算(N较大)、实时运算,对于普通单片机来说是件比较困难的事,而DSP具有这样的指令和运算能力。
(3)DSP的功耗较低,一般为0.5~4W,采用低功耗技术的DSP只有0.05安,可用电池供电。
DSP的这些特点能够使仪器脱离计算机运行,实现仪器的小型化、低功耗,便于野外使用。
鉴于DSP的这些优点,在该测定仪的数字信号处理部分采用了目前应用较广的TI公司的DSP芯片TMS320VC5402。
2.2DSP的存储器扩展
在该仪器中,我们要用DSP进行软件滤波、快速傅立叶变换(FFT)和功率谱计算等数字信号处理。
由于傅立叶变换的运算量相当大,需要大量的存储空间,尽管DSP片内存储器很大,但片外存储器仍不可缺少,需要进行存储器的扩展。
片外存储器具有以下作用:
(1)用EPROM/Flash等非易失存储器为DSP固化程序。
仅有少数DSP,如TMS320F206内部有Flash,可以不需要外EPROM/Flash。
大多数DSP加电后,从EPROM中读取固化程序,将其装在片内或片外RAM中运行。
(2)用片外RAM存储大量数据。
[2]
2.2.1程序存储器扩展
本系统中采用了AT29LV1024进行程序存储器的扩展。
由于VC5402的外设存储器和I/O共用地址线和数据线,所以在不进行程序读操作时,AT29LV1024的数据和地址线要处于高阻状态,信号在读信号出现时为0,在写信号出现时为1,因此可以利用程序片选信号与AT29LV1024的片选端连接来满足这一条件。
如果仅扩展一个程序存储器,可将TMS320VC5402的存储器选通控制信号与AT29LV1024的读允许线相连。
如果需要扩展多片外部程序存储器,可以用高位地址线经译码后与信号一起构成外部程序存储器片选信号。
DSP处理速度非常大,在外扩程序存储器时需考虑其影响速度是否与DSP匹配。
若使用较慢的存储器,则需插入等待状态以匹配二者的速度[5]。
下图2为TMS320VC5402利用AT29LV1024的程序存储器扩展电路简图。
图2
2.2.2静态数据存储器扩展
当需要大量数据运算和存储时,需扩展外部数据存储器。
常用的数据存储器分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM。
SRAM的速度快,在快速读取和刷新时能保持数据完整性。
利用信号作为外部数据存储器的片选信号。
数据存储器的扩展采用了ICSI64LV16。
图3所示为VC5402与ICSI64LV16的连接示意图。
若有多片外部数据存储器要连时,可以用高位地址线经译码后与信号一起构成外部数据存储器的片选信号。
图3
2.3数字信号处理的软件设计
在该测定仪中,我们要用DSP进行数字滤波、快速傅立叶变换(FFT)等数字信号处理。
2.3.1快速傅立叶变换FFT的实现
在DSP中进行FFT算法开发时,可以用C语言或汇编语言。
但在FFT的运算量较大时(本系统进行了1024点FFT变换),利用C语言不能直接利用DSP控制器特有的反序间接寻址等优越特性,所以在本系统中的FFT采用了汇编语言编写。
程序框图如图4所示:
图4
x(n):
采集到的数据序列;
M:
M级蝶形运算,本程序中M=10;
L:
蝶形运算级数;
B:
蝶形运算两个输入数据相距的点数;
:
旋转因子;
2.4DSP与液晶模块的接口通信技术
为了把测得的压实度值及信号波形直观地显示出来,本测定仪采用了精电蓬远的LCD模块VP12864T(内置T6963C控制器)。
2.4.1DSP与液晶模块的硬件接口
由于DSP是高速器件,而液晶模块为低速外设,在处理它们之间的接口问题时,本系统利用了DSP的I/O口,通过软件编程在I/O口上模拟液晶模块驱动器的时序,来实现DSP高速器件与低速液晶模块的连接。
由于DSP是3.3V器件,而该液晶模块是5VCOMS电平,不能直接相接,为解决这个问题,在这里使用了TI的电平转换芯片SN74LVC4245。
2.4.2液晶显示的软件设计
在软件编程方面考虑到软件的通用性和可移植性,选用了C语言进行编写,并把一些基本功能编成了通用函数,使程序简化。
在对液晶控制器T6963C的每次操作之前需要进行状态字检测,即判断其是否处于准备好状态,为此编写了状态位判断子函数。
判状态位子函数(读写指令和读写数据状态):
ST01()
{
do{
MCRA=MCRA&0xF000;
PADATDIR=PADATDIR&0x0000;
PBDATDIR=PBDATDIR|0x0500;
PBDATDIR=PBDATDIR|0x0504;
PBDATDIR=PBDATDIR&0xFFFE;
ACC=PADATDIR;
PBDATDIR=PBDATDIR|0x0501;
}while(Acc_0=0,Acc_1=0);
}
判断状态位函数(数据自动写状态):
ST3()
{
do{
MCRA=MCRA&0xF000;
PADATDIR=PADATDIR&0x0000;
PBDATDIR=PBDATDIR|0x0500;
PBDATDIR=PBDATDIR|0x0504;
PBDATDIR=PBDATDIR&0xFFFE;
ACC=PADATDIR;
PBDATDIR=PBDATDIR|0x0501;
}while(Acc_3=1);
}
向液晶写指令和写数据子程序:
PR1()/*双字节参数指令写入入口*/
{
ST01();
PADATDIR=PADATDIR|0xFF00;/*IOPA设为输出*/
PADATDIR=PADATDIR&0xFF00
PADATDIR=PADATDIR|dat1;/*dat1:
数据存储器1*/
PBDATDIR=PBDATDIR&0xFFFB;
PR11();
}
PR11()/*单字节参数指令写入
入口*/
{
ST01();
PADATDIR=PADATDIR|dat2;/*dat2:
数据存储器2*/
PBDATDIR=PBDATDIR&0xFFFB;
PR12();
}
PR12()/*无参数指令写入入口*/
{
ST01();
PADATDIR=PADATDIR|com;/*com指令码寄存器*/
PBDATDIR=PBDATDIR&0xFFFD;
PBDATDIR=PBDATDIR|0xFFF2;
}
结论
本文讲述了DSP在新型路基压实度测定仪中的应用。
DSP的使用该仪器脱离计算机运行,大大减小了体积,同时降低了功耗,在野外使用非常方便。
本文研究对促进压实度快速测定技术的发展具有重要的现实意义和应用价值。
参考文献:
[1]胡红梅,徐刚,盛安连.快速测量路基压实度的技术研究[J].江苏大学学报(自然科学版),2003,(5)
[2]苏涛,蔺丽华,卢广跃,张林让.DSP实用技术[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2002,(6)
[3]周霖.DSP通信工程技术应用[M].北京:
国防工业出版社,2004,
(1)
[4]赵红怡.DSP技术与应用实例[M].北京:
电子工业出版社,2003
[5]TMS320C54xDSPFunctionalOverview(Addendunto/C54xDataSheets)(Rev.A)[DB/OL]
责任编辑:
刘迎春
TheApplicationofDSPintheRoadbedcompresseddetector
LiuXiangyaYangZhongxiu
(WeifangScienceandTechnologyVocationalCollege,Shouguang262700,ShandongProvince)
Abstract:
ThistexttakesTMS320VC5402asanexample,whichisusedintheRoadbedcompresseddetector,hasintroducedtheapplicationofDSPinthisdetector.IthasintroducedtheexpansionofthememoryofDSP,thesoftwareandhardwareofthejointofDSPandLCDscreenVP12864Thasintroducedtoo.
Keywords:
DSP;TMS320VC5402;compresseddegrees;T6963C
作者简介:
柳香雅(1980—),女,山东平度人,潍坊科技职业学院机电工程学院教师,硕士。
主要研究方向:
机电一体化。
收稿日期:
2006/11/29
电话:
13220752090
E-mail:
lxy198004@
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- 数字信号 处理器 DSP 路基 压实度 测定 中的 应用