（系统分析与集成专业论文）基于dsp的数据采集系统的研究与开发.pdf

i 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 数据采集是测量和计算机控制的主要工具和手段它广泛应用于电气测量自 动控制和大型设备状态监测等领域针对不同的应用领域和功能要求设计数据采集 系统也一直是工程实践中的重要工作之一 本论文针对水电控制设备状态监测过程中数据采集的功能和性能要求提出以 tms320f2812 dsp 芯片为中央处理器片内 adc 模块为模数转换器和 usb为高 速通讯手段的解决方案 本论文在论证了该数据采集系统采用ti的 tms320f2812 型dsp作为核心处理 器的必要性后详细论述了系统的硬件设计和实现方案对 dsp 的外围电路电源 电路时钟电路和外接 ram 扩展电路等进行了详细的设计并讨论了片内 adc 模块中的自动排序模式的优势论证了使用 cpld 作为 dsp 与其外围器件之间的 接口的必要性并完成了 cpld 内部逻辑设计分析了 usb 通讯总线的应用优势 和 usb 的四种通讯方式选择 usb 和 can 作为设备与上位机的通讯方式论证 出适合数据采集的合理应用方案 本文详细论述了在 ccs 平台下系统软件的设计与实现过程分析了 dsp 软件 设计所面临的问题论证了混合编程的必要性模块化地设计了数据采集系统各个 功能单元的软件程序包括系统初始化模拟量测量频率数据通讯等 在本论文的研究基础上开发出数据采集系统经过现场测试证明该系统具有 很高的稳定性和高效性 关键词 状态监测 数据采集 dsp usb 混合编程 ii 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 abstract data acquisition is the main tool and method in measurement and computer based control, and is wildly used in electrical measurement, automation, large-scale equipment condition monitoring and so on. the design of data acquisition system for different application fields and different functional requirements is always one of the key focuses in engineering field. according to the functional demands and performance requirements of the condition monitoring about the control equiqment of hydro power, the design of data acquisition system based on dsp(tms320f2812), on-chip adc module and usb high speed communication technology is brought forward in this paper. after introducing that the tms320f2812 is used as the central processor, the design and implement of the hardware are discussed. first of all, the design of dsp peripheral circuit including the power system, the clock system and the interface of the extern ram are described in detail. then the advantage of the self-calibration in on-chip adc module is analyzed. afterward the necessity of choosing the cpld as the connection method between the dsp and other peripherals is demonstrated, and the paper accomplishes the design of cpld internal logic unit. finally on the basis of analyzing the application advantage of the usb and comparing the four methods supported by usb2.0 protocol, this system uses the usb or can as the communication method between the upper monitor and the device. this paper describes the procedure about the design and implement of system software. it demonstrates the need for hybrid programming after analyzing the problems during the software design. the programs of each functional unit in data acquisition system containing the initialization of system, the measurement of analog and frequency signals and the communication of data are designed in module. the device used for data acquisition is developed and implemented, and is proved stable and efficient by field testing. keywordscondition monitoring, data acquisition, dsp, usb, hybrid programming 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果尽我所知除文中已经标明引用的内容外本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体均已 在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定即学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借 阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保 密 在_年解密后适用本授权书 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 本论文属于 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论 1.1 状态监测技术 随着工业自动化的发展在实验室现场自动测试生产过程监控产品检验 质量管理 能源管理以及计算机辅助工作等许多领域 信息技术的应用越来越广泛 结合电子技术和计算机技术的发展以计算机为中心的数据采集系统的研究与实现 产生了广阔的应用前景电力系统面对着降低运行成本提高发送电设备的利用率 以及改善电力质量和用户服务的挑战迫切需要采用电力系统状态监测技术1近 年来状态监测在电力系统中越来越受到有关管理科研运营和工程技术人员的 重视 状态监测是指对机器的某些特征参数(如振动噪音和温度等)进行测取将测 定值与正常值进行比较从而判断机器工作是否正常根据设备的状态监测和故障 诊断所提供的信息经过统计分析和数据处理来判断设备的劣化程度并在故障 发生前有计划地进行适当的维修由于这种方式可以实现对设备适时地有针对性 地进行维修不仅能保证设备经常处于良好的技术状态而且还能充分利用零件的 寿命有效地避免“维修不足”或“维修过剩”的情况因此这是一种经济合理值得 提倡的维修方式另外进行状态监测和故障诊断一般可在设备运行中或基本不拆 卸设备的情况下进行因此也比较适用于电力设备 23 设备状态监测主要是获取设备运行的有用信息并对设备运行状态进行监视记 录分析与评估具体工作内容包括数据采集信号分析处理参数管理输出等 其中数据采集的主要任务是完成信号的获取转换调理传输与记录信号分 析处理的工作内容是进行 a/d转换数字滤波时频特征及图谱计算分析趋势分 析参数管理输出的具体任务是对设备运行的各种参数进行贮存管理显示查询 输出打印等伴随着科技水平的提高状态监测的发展经历了四个阶段47 第一阶段多依靠有经验人员的感觉配合进行监测诊断状态监测与故障诊 断技术依靠现场获取设备运行的一些状态如异常震动异常噪音异常温度润 滑油液中是否含有磨削物等并凭借经验或多位专家进行分析研究来确定可能存 2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 在何种故障或故障隐患还未形成系统的设备状态监测技术学科 第二阶段随着测量技术和测量仪器的发展状态监测逐步发展为依靠测量仪 器多使用模拟指针式仪器仪表分立元件式仪器仪表等进行设备关键部位数据 的采集并将获取的参数如频率振幅速度加速度温度等参数保存记录 通过对固有参数计算值与测量参数值进行对比来确定故障种类或故障隐患点或 者通过对某些参数多次测量值的比较依据其劣化趋势确定设备是否出现故障或故 障隐患 第三阶段随着计算机技术的发展设备管理已进入计算机管理模式计算机 辅助的设备状态监测技术不断深入状态监测与故障诊断技术也发展到计算机时 代一些专用的状态监测仪器如数据采集器不仅能够测量记录现场参数还 能进行一些简单数据的分析处理要对数据作进一步的分析处理时只需将数据采 集器上的参数传入计算机计算机便能对这些数据做出综合分析并显示出相关的 图谱比如倍频谱图倒频谱图时域频谱图幅值图等同时还可以通过计算 机上的专家系统对所测得的数据进行综合评价如设备是否该修理或还可使用多长 时间后应修理 第四阶段随着相关学科和计算机网络技术的飞速发展状态监测与故障诊断 技术的研究已进入深度和广度发展阶段设备状态监测技术向着自动化网络化 智能化虚拟化方向发展研究工作从监测诊断系统的开发研制进入到诊断方法的 研究监测诊断对象也越来越广泛由振动参数的监测扩展到油液扭矩功率和 能量损耗的监测研究对象也越来越深入由旋转机械扩展到发动机工程施工机 械以及产品生产线时空范围纵深得到了扩展由本地监测诊断扩大到异地监测诊 断即远程监测诊断网络目前科技水平和测试技术的进步为状态监测和故障诊 断技术带来了广阔的发展空间8 (1) 基于多传感器的信息融合技术的发展多传感器信息融合实际上是对人脑 综合处理复杂问题的一种功能模拟它的基本原理就是像人脑综合处理信息的过程 一样充分利用多个传感器资源通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使 用将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则组合起来 产生对观测环境的一致性解释和描述在设备状态监测中引入多传感器与信息融合 技术首先是可以拓宽信息来源渠道其次是可以改善信息处理的质量提高诊断 的准确性以便对设备的运行状态有整体的全面的了解不同的传感器对干扰的 3 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 反映灵敏度不同尽管在某些传感器中可能存在比较强的干扰信号但是当与其他 对电磁干扰反映不灵敏的传感器信息进行融合之后就可以剔除其中所包含的干扰 信号分量因此能够提高测量抗干扰的能力 (2) 基于虚拟技术的发展虚拟仪器技术是当前测试与控制领域技术的研究热 点它是以计算机及网络为基础以软件为核心的自然科学信息测试分析存储 传输与控制系统通过虚拟技术系统的界面更加形象逼真具有良好的可视性和 交互性可以清楚地表现系统的状态同时采用虚拟仪器技术提高了监测系统的可 扩展性和可重用性 (3) 设备状态的远程监测和网络化跟踪随着分布式计算技术大型数据库技 术面向对象的软件技术和宽带数字通信技术的长足发展基于因特网的设备故障 监测将成为现实将设备诊断技术与计算机网络技术相结合采集设备状态数据 实现对设备故障的早期诊断和及时维修通过 internet 技术把传统的监测系统远 程化实现更大范围的资源共享提高了诊断的可靠性910 (4) 基于人工智能诊断系统开发所谓的人工智能是以模型化的计算机来代替 人的思维方式解决问题的一种方法专家系统实际上是人工智能计算机程序系统 通过汇集和管理不同来源的众多专家知识用仿人类专家推理过程的计算机模型来 解决现实生活中某些复杂的重要问题而目前专家系统的问题是缺乏有效的诊断知 识表达不确定性的知识推理及知识获取困难神经网络的兴起开辟了一条崭新的 途径它是由大量处理单元互连而成的网络是在现代神经生物学和认知科学对人 类信息处理研究成果的基础上提出的具有很强的自适应能力学习能力并行能 力容错能力和鲁棒性从而可以代替复杂耗时的传统算法使信号处理过程更接 近人类思维活动以神经网络推理为主的多种人工智能技术集成的故障诊断测试专 家系统,应用效果良好11 (5) 开放式故障诊断系统开放式故障诊断系统是通过网络连接的远程故障诊 断系统与传统的故障诊断系统有着本质的区别传统的故障诊断系统的数据库是 封闭或半封闭的其构造和输入都需要设计人员来修改而远程故障诊断系统的知 识库必须是基于 web 数据库的开放式体系结构 设计者只需完成一个简单的系统框 架知识库的填充是在系统的维护与使用过程中不断充实的从而使整个系统具有 灵活性可扩展性 (6) 基于寿命周期的成本管理寿命周期成本管理lcc的涵义是在可靠性 4 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 的基础上使设备和系统寿命拥有成本为最低的管理 lcc 的管理包括从设备或系统 的设计选型采购运行维护更新和退役等整个寿命周期的管理实行状态 监测的最终目的就是为了提高经济效益和降低生产成本当设备运行到一定的年 限设备的检修费用可能会高于重新配置设备的费用这与状态监测的初衷是相悖 的而基于设备寿命周期费用管理就是以设备在整个寿命周期内所花费的总费用为 评价指标比仅仅根据监测诊断寿命预测可靠性分析进行状态检修更加合理 更符合所追求的目标 在应用不断深入的情况下状态监测的发展重点突出表现在高速数据采集多 参数高速数据传输技术实时在线分析监测技术现代信号分析处理技术和网络化 智能化设备监测技术等方面2采集数据采集是进行一切工作的基础只有获得了 设备运行中的状态参数才能分析其特征得出需要的结果因此采集技术的发展 在状态监测中占有重要地位 1.2 基于 dsp 技术的数据采集系统 数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中采集信息的 过程数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的用户自定 义的测量系统 数据采集技术是信息科学的一个重要分支 它研究信息数据的采集 存储处理等工作与传感器技术信号处理技术计算机技术一起构成了现代检 测技术的基础 20 世纪 90 年代至今在国际上技术先进的国家数据采集技术已经在军事 航空电子设备及宇航技术工业等领域被广泛应用由于集成电路制造技术的不断提 高出现了高性能高可靠性的单片数据采集系统目前有的产品精度已达 16 位 采集速度每秒达到几十万次以上 数据采集技术已经成为一种专门的技术在工 业领域得到了广泛的应用该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构根据不 同的应用要求通过简单的增加和更改模块并结合系统编程就可扩展或修改系 统迅速地组成一个新的系统伴随着电子技术的发展数据采集系统的发展主要体 现以下几个趋势 1基于计算机的数据采集系统越来越成熟和智能化在过去五十年中计 算机的处理能力不断提高由当初的上百 mhz 到现在的上 ghz而且由单核过渡 5 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 到双核多核数据的存储容量也不断提高存储速度也越来越快为了充分利用 计算机的高处理能力和大存储容量现代数据采集系统采用了更高速的总线接口 如 pci 总线和 usb2.0 总线 它们的理论传输速度分别能达到 266mbps 和 480mbps 使数据采集系统的性能得到进一步提升计算机的性能提升和由此引起的基于计算 机的测量技术的创新正在使基于计算机的测量仪器逐渐替代传统仪器12 2采用嵌入式微处理器的方案也由早期的采用 a/d 器件和标准单片机组成 应用系统的方案发展到 soc片上系统即在一个单芯片上实现完整的数据采集 和分析通常在一颗芯片上会集成一个多路采样通道 a/d 转换子系统和一个硬 cpu 核比如增强型 8051 内核而且其 cpu 的运算处理速度和性能也较早期 的标准 cpu 内核提高了数倍并且整个系统有着极低的功耗这种单芯片解决方 案降低了系统的成本和设计的复杂性 3为了解决 soc 方案中数据处理性能的不足采用 dsp 作为数据采集系 统的 cpu 的研究与应用目前也逐渐引起业内重视 如 ti 设计的 tms320lf281x 系列芯片就是一款较为完整的数据采集与控制单片系统该产品的精度速度和其 它性能指标都能很好的满足一定的设计要求 4数据采集系统的智能化程度将会越来越高按照一定的算法可以方便地 消除由于漂移增益的变化和干扰等因素所引起的误差实现量程自动转换自动 调零触发电平自动调整自动校准自诊断等功能有力地改善了系统的自动化 水平13 5以 internet 和无线网络为基础的分布式数据采集系统将会被广泛应用14 15 随着大规模集成电路技术微电子技术和半导体技术的快速发展在 20 世纪 80 年代数字信号处理器(dsp)的出现和广泛使用很好地满足了数据采集系统对 于核心处理器的要求 无论在实时处理方面 还是对于数据运算的速度和精度来看 数字信号处理器都有非常大的优势从内部结构上看与传统的冯偌依曼结构不 同数字信号处理器采用了程序存储器与数据存储器分开的哈佛结构与多总线的 cpu 结构而且数字信号处理器在在指令上实现多级流水操作并采用特殊的数据 运算指令快速实现了乘法累加等常用的数字信号处理运算操作dsp 的运行速度比 传统的单片机更快而且运算精度也很高所有这些都大大提高了数字信号处理 器的运算与处理能力使得它兼有事务密集型处理器和运算密集型处理器的特点 6 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 16 dsp 芯片的诞生及发展对近 20 多年来通信计算机控制等领域的技术发展 起到了十分重要的作用其应用也得到不断的推广可以说dsp 在现代数据采集 系统的构建中有着不可或缺的地位 基于dsp数据采集系统典型结构如图1-1所示 抗混叠滤波a/d转换dsp芯片d/a转换平滑滤波 输入 输出 图 1-1 典型 dsp 系统 1.3 dsp 技术的发展现状 数字信号处理器digital signal processor是高速专用的处理器它的设计是 建立在数字信号处理和算法的基础上专门完成各种信号处理在通常的实时信号 处理中它具有可程控可预见性精度高稳定性好可靠性和可重复性好易 于实现自适应算法大规模集成等优点dsp 技术的发展主要经历了三个阶段17 20 世纪 70 年代初期是 dsp 技术的理论研究阶段当时提出了关于 dsp 的一 些理论和算法基础那时的 dsp 仅仅停留在教科书上即便是研制出来的 dsp 系 统也是由分立元件组成的其应用领域仅局限于军事航空航天部门 20 世纪 80 年代以后dsp 技术进入实用阶段随着大规模集成电路技术的发 展1982 年美国德州仪器公司推出世界上第一代 dsp 芯片 tms32010 及其系列产 品标志着实时数字信号处理领域的重大突破随着 cmos 技术的进步与发展日 本的 hitachi公司在 1982 年推出第一个基于 cmos 工艺的浮点 dsp 芯片1983 年 日本 fujitsu公司推出的 mb8764其指令周期为 120ns且具有双内部总线从而 使处理吞吐量发生了一个大的飞跃而第一个高性能浮点 dsp 芯片应是 at /外部变量 var = 1; /使用该变量 .bss _var,1 ; 定义变量 .global _var ; 声明为全局 c程序 汇编程序 图 3-2 c程序使用汇编程序所定义的变量 汇编语言中使用c 语言定义的变量 首先在将c 程序中的变量定义为全局变量, 然后在汇编程序中用.global定义(变量名前同样需加_) , 再利用间接寻址的方式 即可实现如图 3-3 所示的汇编程序中的_var_c 变量的使用 35 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 int var_c=1; /定义全局变量 main(). .global _var_c; 声明为全局 ld *(_var_c),a; 使用变量 c程序 汇编程序 图 3-3 汇编程序使用 c程序定义的变量 3.3 dsp 主程序的实现 为了满足采集系统的需求dsp 程序设计为dsp 先进行一些初始化操作完 成后进入循环状态其他的处理操作全部由中断程序来完成 初始化主要进行一些tms320f2812正常工作所需的配置 初始化流程见图3-4 具体需要进行初始化的内容主要有关闭中断拒绝响应中断进行系统时钟和集 成外设时钟的设定通用定时器timer0的初始化通用引脚gpio的功能设 定 外扩存储器读取周期的设定 中断向量表的初始化等 初始化完成后开启 timer0 定时器同时开始等待设备连接成功正常通讯系统以规定地时间间隔采集数据 并进行相应处理 开始 关中断 初始化时钟 定时器等 初始化外设接口 初始化中断向量并开中断 设备连接成功 等待中断 否 是 图 3-4 dsp 初始化程序流程图 36 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3.4 模拟量采集程序设计 在初始化结束后同时也开启定时器触发 adc 转换adc 转换流程图如图 3-5 所示adc 转换的触发源由 ev 模块的通用定时器提供设置定时器的周期寄存器 可以改变 adc 的转换频率改变 adc 的转换频率使 adc 在一个周期内均匀采样 n 点如果 adc 中断使能时当 adc 采样一次结束时会将中断标志位置位继 而产生一个中断请求cpu 响应中断则进入 adc 的中断子程序在中断子程序中 读取 adc 的转换结果缓冲寄存器 resultn获得各个通道的电压转换值存入指 定缓冲区 捕获中断 cap中断 读取捕获值 y n 设置状态寄存器 返回 图 3-5 adc转换流程图 3.5 ev 测频单元程序设计 使用 tms320f2812 的捕获单元测量频率捕获单元一旦捕捉到单元所对应的 外部引脚的跳变就会使能触发用户可自行设定检测的跳变类型上升沿下降 沿和上升下降均检测捕获单元被使能后当输入引脚监测到特定的跳变时通用 定时器的值就将被捕获并存入到一个两级深的 fifo 堆栈中如果有一个或者多个 有效的捕获值被存到 fifo 堆栈中即 capxfifo 位不等于 0相应的中断标志位 会被置位如果此时中断未被屏蔽将产生一个外设中断请求40每次有新计数值 存入到 fifo 堆栈时fifo 状态寄存器 capfifox相应的位就会有调整实时的反 映 fifo 堆栈的状态另外从捕获单元输入引脚发生跳变至所选通用计时器被锁 存需要两个 cpu 时钟周期测频单元程序流程见图 3-6 37 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 中断返回 捕获中断 读取计数器值 设置标志寄存器 处理计数值 图 3-6 测频单元流程图 38 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 通讯软件开发 4.1 usb 传输方式的选择 根据 usb2.0 协议的相关规定usb的传输是基于时间片以帧(frame)为单位 进行的帧的传送时间与选定的数据传输速率有关对于全速和低速一帧传送时 间为 1 ms而对于高速一帧的时间为 125s(称为微帧)41为了满足不同设备的 需要usb定义了四种传输方式控制传输同步传输中断传输和批量传输其 中同步传输和中断传输为周期性传输方式所有的传输方式的发起端均是主控制 器也就是 host端usb的传输方式有四种32 控制(control)传输控制传输是双向的单个端点既可以输入又可以输出传 输数据量通常比较小一般用做主机和设备间的发送配置信息控制传送方式可以 包括 81632 和 64 字节的数据这依赖于设备和传输速度控制传输典型地用 在主计算机和 usb 外设之间的端点 0 的传输但是用户可自定义将控制传输用到 其它的端点 同步(isochronous)传输同步传输提供了确定的带宽和间隔时间latency)它 被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输或者用于要求恒定的数据传送率 的即时应用中42例如执行即时通话的网络电话应用时使用同步传输模式是很好 的选择同步数据要求确定的带宽值和确定的最大传送次数对于同步传送来说 即时的数据传递比完美的精度和数据的完整性更重要一些 中断(interrupt)传输由于 usb不支持硬件的中断所以必须靠 pc 主机以周期 性地方式加以轮询以便知悉是否有装置需要传送数据给 pc由此也可知道中 断型传输仅是一种轮询过程而非我们所认知的中断功能中断方式传输主要用于 定时查询设备是否有中断数据要传送设备的端点描述符结构决定了它的轮询频 率 批量(bulk)传输主要应用在数据大量传送和接受数据上同时又没有带宽和 间隔时间要求的情况下进行数据传输批量传输类型的特点是以错误检测和重试的 方式保证主机和功能部件之间的数据的无错发送的能力批量传输是由令牌数据 39 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 和握手分组构成的具有三个阶段的传输批量传输一般应用于传输非常慢和可大量 被延迟的传输可以等到所有其它类型的数据的传送完成之后再传送和接收数据 打印机和扫描仪就属于这种类型 数据采集系统对实时性和数据准确性有很高的要求考虑这四种传输方式批 量传输其数据传送速度与 usb总线的带宽使用情况密切相关如果 usb总线处于 繁忙状态那么批量传输端点的实时传输就得不到保障而同步传输虽然保证了数 据传输的实时性满足了时间要求但是数据通讯质量得不到保障无法保证被采 集到的数据可以得到全部传送中断传输作为一种周期性传输方式可以通过配置 描述符调整 host端的轮询时间对于全速设备可以设置 1ms-255ms 的轮询时间 而高速设备可以设置高达 125s 的轮询时间以达到实时性的要求同时 usb允 许中断传输和同步传输最大可占用 90%的带宽这也为传输的实时性提供了保障 中断传输在数据传输发生错误时会试图重新发送数据以保证其准确性保证了数 据的准确性因此中断传输应用在数据采集系统中是一个合适的选择 对于 cy7c68001 支持的四个端点本设计使用其中的 endpoint2 和 endpoint6 作为中断传输通讯端点分别配置为输出输入方向通过对 cy7c68001 端点 2 和 6 的配置寄存器设置来实现 4.2 设备枚举及初始化 cy7c68001 的枚举完成所需的描述符可以选择自动载入外接 eeprom内的 描述符或者由 dsp 载入描述符为了便于控制使用 dsp 植入描述符的方式 cy7c68001 有 500kb 的描述符存储空间ram外部控制器可对其进行写入 当 dsp 按照规定的格式将自定义的完整描述符写入该区域后 cy7c68001 断开 d+ 上的上拉电阻并自动开始解析描述符以定位具体的设备描述符接口描述符端 点描述符等完毕后连接上拉电阻自动开始枚举由此具体枚举相关程序流程如图 4-1 40 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 装载描述符 读取枚举的工作模式 枚举成功 初始化芯片工作方式 变量初始化 图 4-1 usb枚举流程图 4.3 中断处理例程 cy7c68001 的中断处理程序主要响应以下事件?寄存器的读操作可以进行 ?host发送 setup 包需要处理? endpoint0 缓冲区的读写操作可进行?输出端 点由空变为非空?枚举成功?usb设备的接入和拔出?cy7c68001 上电自检 的完成中断处理程序通过对相应寄存器的读写完成对这些事件的识别并进行相应 的处理程序流程如图 4-2 usb中断发生 置可读标志 读取中断寄存器 读寄存器标志 setup中断 判断中断类型并置 标志位 中断返回 读取setup中断包 解析setup包 是 否 是 否 图 4-2 usb中断处理 41 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4.4 数据通讯程序设计 usb的数据传送在 dsp 的中断中完成以保证实时性usb的通讯是 dsp 通 过对fifo状态的判断和端点所对应的fifo的读写来实现的 通过判断cy7c68001 相应引脚的电平获得相应端点的 fifo 缓冲区空满状态然后进行相应的操作 如图 4-3 所示 数据传送中断触发 输出fifo非空 数据输入函数 读输出fifo中数据 是 否 输入fifo空且有数据需要发送 是 否 向输出fifo中写入数据 图 4-3 usb数据传输 42 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 总结与展望 5.1 工作总结 本文分析目前状态监测现状和发展趋势 深入研究基于 dsp 的数据采集系统理 论及其实现方法完成从系统方案论证到软硬件设计的一整套设计开发成功 地开发出以tms320f2812为核心处理器 具有usb高速通讯功能的数据采集系统 其功能和性能在现实应用中得到了验证和肯定 本文完成的工作如下 1研究了状态监测数据采集系统以及 dsp 技术的现状和发展趋势完成 了数据采集系统的总体方案设计工作 2实现了 dsp 最小系统板的设计包括电源和复位电路时钟电路和外接 ram 的扩展 3通过对 a/d 和 d/a 技术的研究选择出合适的策略完成 a/dd/a 功能 设计了合理的采集电路 4通过 dsp 片内捕获单元完成同步信号的频率测量 5完成 cpld 内部逻辑设计通过 cpld 丰富 dsp 对外设的控制功能实 现 dsp 功能的扩展 6研究 usb2.0 协议完成 dsp 对 usb芯片的控制实现了设备与 pc 间 的高速通讯 5.2 展望 系统完成了信号的数据采集做为设备状态监测系统的一部分为状态信号的 分析处理提供了数据基础在后续的研究工作中可以针对电站设备监测开发相 应的数字信号处理策略开展对所采集数据的分析应用的工作研究和应用设备的 故障诊断技术 43 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 致 谢 感谢导师刘昌玉教授在研究生阶段给予我的悉心指导和严格要求刘老师严谨 的治学态度和一丝不苟的工作作风让我受益匪浅 同时感谢实验室的田应军何正洪李双江洪旭钢等师兄弟们你们给予 我的关心帮助和诚挚鼓励我将终生难忘特别感谢洪旭钢在系统研发测试中的耐心 配合和支持使系统研发工作能够如期完成 深深的感谢我的家人他们对我始终如一的爱和信任是我能够面对所有一切的 力量源泉谢谢你们 44 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 参考文献 1 陈维荣, 宋永华, 孙锦鑫. 电力系统设备状态监测的概念及现状. 电网技术, 2000,11: 1217 2 黄文虎等. 设备故障诊断原理技术及应用. 北京: 科学出版社, 1996. 310 3 丁玉兰等. 机械设备故障诊断技术. 上海: 上海科学技术文献出版社, 1994 4 伍奎. 汽轮发电机组在线监测诊断的网络化和智能化博士学位论文. 重庆 重庆大学图书馆, 2005 5 盛兆顺, 尹琦岭. 设备状态监测与故障诊断技术应用. 北京: 化学工业出版社, 2003 6 吴今培等. 智能故障诊断与专家系统. 北京: 科学出版社, 1997. 127128 7 dalpiaz g, rivola a. condition monitoring and diagnostics in automatic machines: comparison of vibration analysis techniques. mechanical system and signal processing. 1997, 11: 5373 8 李昕. 电气设备的在线检测和故障诊断硕士学位论文. 阜新辽宁工程技术 大学图书馆, 2007 9 赵文彬, 张冠军, 严璋. 基于因特网技术的电气设备远程在线状态监测和诊断 系统. 中国电力, 2003, 38(4): 6063 10 m. e. h. benbouzid. bibliography on induction motors faults detection and diagnosis. ieee transactions on energy conversion, 1999, 14(4):10651074. 11 李增芳. 基于人工智能和虚拟仪器技术的发动机故障诊断专家系统研究博士 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