一種基於雙DSP的高精度AD採集系統

緱麗敏

（中航工業西安航空計算技術研究所，陝西 西安，710065）

摘要：彈載計算機體積小、介面種類多，給實現高精度AD採集帶來難度。介紹一種基於雙DSP的高精度AD採集系統，利用主從模式雙處理器架構和高精度AD採集晶元AD73360完成對目標信號的採集和實時處理。該方法具有抗干擾能力強、量化雜訊小、解析度高的優點。通過系統聯試等多方驗證，滿足某彈載計算機系統的性能指標要求。

關鍵詞：雙DSP；ADSP-2187N；AD73360；AD採集

中圖分類號：TP3681文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.08.006

引用格式：緱麗敏.一種基於雙DSP的高精度AD採集系統［J］.微型機與應用，2017,36（8）：16-18.

0引言

現代戰爭中，空中打擊已上升為首要的作戰手段，奪取和掌握制空權已成為頭等重要的任務，現代幾次戰爭無一例外地證明了這一點［1］。性能先進的戰機、威力強大的巡航導彈、各種精確制導炸彈等是現代戰爭中的主要威脅，因此，精確制導武器的研製對於提升我國常規武器的空中打擊能力起著尤為重要的作用。彈載計算機作為其重要組成部分，採用高精度制導系統，利用各種感測器獲取待攻擊目標的位置和速度等信息，通過對信息分析和處理後實時修正、控制導彈的飛行軌跡，完成對目標的有效攻擊。彈載計算機具有體積小、成本低、速度快、層疊結構等顯著特點，並且單個模塊融合多種介面。彈載計算機具有獨立的電源系統。這些特點不可避免地為彈載計算機實現高精度AD採集帶來了難度。

本文提出一種基於雙DSP的高精度AD採集系統，採用主從模式、嵌入式雙處理器的體系架構，解決了彈載計算機大量信息實時處理的問題，採用高信噪比電路設計和Σ-Δ採集轉換技術，解決了採集目標信號的實時性和精度差的問題。

1主從模式雙處理器架構設計

1.1主處理器

主處理器使用TI公司推出的信號處理器TMS320C6202B［2］，最大工作頻率250 MHz，片上集成了3 Mbit的數據/程序存儲器SRAM、兩路32位的定時器、EMIF匯流排介面、4路相互獨立的DMA通道、3路MCBSP串列介面，內核採用1.5 V供電，外圍採用3.3 V供電，封裝為352芯BGA。主從模式雙處理器架構設計見圖1。

1.2從處理器

從處理器ADSP-2187N［3］是AD公司生產的16位高性能、低功耗定點數字信號處理器。它採用3.3 V和1.8 V電壓供電，處理能力最大為80MIPS，LQFP100封裝形式。

ADSP-2187N內部採用哈佛結構，具有獨立的程序存儲器和數據存儲器。片內共集成256 KB的RAM，其中程序存儲器48 KW（24位），數據存儲器56 KW（16位）。此外，在晶元內部ADSP-2187N集成了豐富的IO介面和一個16位可編程計時器。它支持6個可編程外部中斷，可在DSP內部編程設置中斷優先順序，並可針對每一個中斷單獨設置屏蔽位。ADSP-2187N 有13個可編程標誌管腳（FLAG PIN）。

本文中的ADSP-2187N工作在主機方式下，程序只能夠存儲在DSP內部，外部地址線只有A0一根，支持16位DMA方式——IDMA 。在這種工作方式下，由於只有A0一根地址線，所以ADSP-2187N對外部定址能力有限，不允許執行程序存放在外部。在IDMA方式下，有效提供了主處理器與ADSP-2187N間的通信，16位介面可以在一個DSP周期內，完成對DSP內部的PM、DM的訪問。但主處理器介面無法訪問ADSP-2187N內部地址映射的控制寄存器。

1.3IDMA介面

IDMA介面是主處理器TMS320C6202B與從處理器ADSP2187N進行通信的介面，IDMA介面為16位匯流排介面，傳輸過程中16位匯流排地址、數據分時使用，採用非同步應答的通信方式，將從處理器IDMA介面的16位數據地址復用匯流排接在主處理器的EMIF介面上，當主處理器訪問從處理器內部資源時，CPLD控制電路完成圖2IDMA介面電路示意圖主從之間的控制；當從處理器請求與主處理器進行通信時，由從處理器的離散量實現對主處理器的中斷請求。IDMA介面電路示意圖見圖2。

2AD轉換電路設計

2.1AD採集晶元

AD採集晶元使用AD公司生產的AD73360［4］。AD73360是6通道16 bit ADC晶元，信號雜訊比為77 dB,每個通道具有可編程的輸入增益放大器，並且每個通道可以同時採樣以保證轉換之間沒有相位延遲，可以編程設定採樣速率和通信速率，工作模式可以設置為配置模式、混合模式或者數據模式。AD73360包含一個片上參考電壓，並且可以通過編程調整3 V或5 V工作，IO採用5 V工作模式。當主時鐘是16.384 MHz時，可以通過編程設定AD73360的採樣速率為以下4種之一：64 kHz，32 kHz，16 kHz，8 kHz［5］。AD73360採用ΣΔ技術,具有抗干擾能力強、量化雜訊小、解析度高的優點。

2.2AD採集電路設計

彈載計算機模擬量採集前端調理電路採用高精度運算放大器TLC4502。雙路運放TLC4502輸入偏置電壓為10 μV~40 μV，增益帶寬4.7 MHz，轉換速率2.5 V/μs，精度非常高。

彈載計算機共採集12路模擬量，各路模擬量同步採樣，AD73360的模式設置為數據模式，ADSP-2187N可以直接讀取轉換結果，避免了SPI介面控制通信等時間浪費，大大提高了模擬量採集速率。12路模擬量經前端調理後進入兩片AD73360進行模數轉換，兩片AD73360通過SPI介面級聯後，與ADSP-2187N通過SPI介面進行通信，工作時AD73360作為主SPI介面，轉換數據同時經過LVDS轉換晶元後提供給外部設備，進行檢測。級聯方式設計降低了硬體設計和軟體編程的複雜程度。多路模擬量採集轉換電路見圖3。

3PCB設計

在實際運用中，應盡量使AD轉換電路從整個系統獨立出來，讓其成為一個單獨的模塊，避免AD轉換部分與電源模塊混合在一起。由於彈載計算機介面複雜，體積受限，無法將AD轉換部分作為獨立的模塊，因此在PCB設計時就必須更加註意信號傳輸路徑的分布。盡量為模擬量輸入提供單獨的插頭或者在一個插頭上為其定義一個相對獨立的區域。在同一個插頭上，應使模擬量輸入信號，尤其是小信號，儘可能遠離大電壓或者大電流信號。

在單板系統內部，AD轉換電路的精細PCB設計對高精度採集也起著相當重要的作用，下面列舉幾個方面。

（1）電路的模擬和數字部分應從物理上隔離，盡量避免數字部分產生的雜訊傳輸到模擬部分。

（2）在印製板布局布線時，各模擬量通路盡量保持一致，保證多路模擬量調理結果和採集結果的一致性。

（3）避免PCB布線中出現較長平行線傳輸。

（4）在設計高阻抗或精密電路時，必須考慮表面阻抗的變化［6］。

4軟體設計

AD採集系統的軟體採用C語言編程，以TI公司的Code Composer Studio軟體作為編譯工具，用TI公司的XDS560/XDS510作為調試工具。ADSP2187N的處理程序需要從TMS320C6202B中載入。ADSP2187N從C6202的指定位置通過IDMA通道進行軟體複位，並載入運行程序。AD數據採集流程如圖4所示，對所有AD通道載入信號，然後採集數據進行計算。其中啟動AD轉換部分使用ADSP彙編進行編寫，程序編譯通過後編譯成目標碼供C6202進行載入。

5結論

本文提出一種基於雙DSP的彈載高精度AD採集系統，利用主從模式的雙處理器架構，採用各通道同步採樣、高信噪比和ΣΔ轉換等技術綜合設計，保證了模擬量數據採集的速度、隔離度和精度，各路模擬量信號前端調理電路的設計、器件的選用及印製板的布局布線最大程度統一，保證了多路模擬量信號採集結果的一致性，解決了彈載計算機大信息量高速處理和模擬量採集指標苛刻的問題。通過系統聯試等多方驗證，滿足某彈載計算機系統的性能指標要求。

參考文獻

［1］ 蔡培培. 空空導彈與空戰模式的演變［J］. 航空兵器，2007（3）:11-14.

［2］ TMS320C6202，TMS320C6202B FIXEDPOINT DIGITAL SIGNAL PROCESSORS［Z］. Texas Instruments Incorporated，2004.

［3］ ADSP-218xN Series Data Sheet ［Z］. Analog Devices, Inc，2006.

［4］ AD73360 Data Sheet ［Z］. Analog Devices, Inc, 2000.

［5］ 那雲虓,劉桂禮,劉剛. 基於AD73360和TMS320F2812的數據採集系統設計［J］. 電子技術應用, 2008， 34(10):92-96.

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