数字信号处理器DSP在路基压实度测定仪中的应用

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1、数字信号处理器DSP在路基压实度测定仪中的应用摘要：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

2、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

3、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

4、，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

5、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

6、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，

7、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AT29L

8、V1024的程序存储器扩展电路简图。图22.2.2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