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基于多处理器技术的涡街流量计
发布时间:2018-06-01 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]0 引言
涡街流量计因其介质适应性强、无可动部件、结构简单等优点，在许多行业得到了广泛应用。传统涡街流量计采用模拟信号处理方法，抗干扰能力差，且一般采用4～20mA的模拟量输出，因此不能满足当今现场总线技术的发展和分布式控制系统实时性、稳定性、可靠性的要求。
针对涡街流量计在低流速测量和信号输出方面存在的问题，开发了基于多处理器技术的带PROFIBUS-DP接口的涡街流量计。1 系统总体设计
系统的总体设插件电感计从抗干扰、低功耗和带总线接口三个角度出发，主要分为四大部分：模拟信号预处理电路电感器厂家、控制及传输电路、数字信号处理电路和PROFIBUS-DP接口电路。系统基本结构如图1所示。基于单片机和DSP相结合的双核技术，可以充分发挥 MSP430强大的控制功能和DSP强大的数据处理能力，来解决涡街流量计的抗干扰问题，提高系统的实时性和可靠性。选用同类产品中超低功耗型号的DSP 和单片机，低功耗的系统外围芯片；充分利用MSP430单片机的高集成度和DSP的HPI接口的强大功能，省去需要外接的12位A／D和用于存放DSP程序的Flash ROM，降低系统的功耗。SPC3集成了PROFIBUS-DP物理层和共模电感器数据链路层的完整协议，为涡街流量计的总线接口提供了廉价的配置方案。整个系统实现简单、方便，既节约了成本，又缩小了体积。
2 系统硬件设计
2．1 模拟信号预处理电路
模拟信号预处理电路包括电荷放大器、差动放大器和抗混迭滤波器。模拟信号预处理电路通过以运算放大器为主体的模拟电路对采集到的电荷信号进行三方面的处理：通过输入级的电荷放大器将涡街传感器压电检测元件输出的交变电荷信号转换为电压信号；通过差动放大器和其它级电路的放大功能实现交变信号的幅值放大；通过抗混迭滤波器实现信号ADC(模数转换)之前的抗混迭滤波。
2．2 控制及传输电路
控制及传输电路以超低功耗的MSP430F149单片机为核心，实现参电感器生产数设置、数据采集、数据传输、显示等功能。MSP430F149内部集成的12位A／D实现了高精度的实时数据采集，丰富的外部接口实现了键盘的操作、HPI模拟时序、LCD显示及对外通信的功能。这种强大的控制功能是DSF呒法替代的。
2．3 数字信号处理电路
数字信号处理电路以DSP为核心，MSP430为辅助的电路，DSP选用 TMS320C5416(简称5416)，它是一个工作灵活、高速、低功耗的16位定点通用DSP芯片，操作速率可达160MIPS，能够完全满足系统大计算量和实时性的要求。DSP的数据来源于单片机的12位A／D采集到的数据，DSP与单片机之间通过主机接口(HPI)进行高速通信，当DSP接收到了涡街信号的数据后，采用基于DFT的频率估计法对信号进行数字信号处理，处理后的结果再传回单片机。DSP与单片机的HPI接口电路的连接示意图如图2所示。
将HPI接口应用到DSP的Bootloader中，即把DSP的程序存放在单片机的Flash里(DSP中没有程序存储器)，在系统启动时，将程序通过 HPI口以Bootloader的方式从单片机写到DSP的RAM中去，启动DSP，使DSP开始正常的信号处理，这样节省了一片用于为DSP存放程序的 FlashROM；DS电感线圈P通过单片机的12位A／D采集数据，即单片机用自身的12位A／D采集数据，然后通过HPI接口把数据传输到DSP的RAM中， DSP再进行数据处理，处理后的结果再传回到单片机，从而节省了一片A／D，也降低了功耗。
2．4 PROFIBO-DP通信接口电路
MSP430F149是无外扩总线的微控制器，当它与SPC3接口时，可以以Intel模式分配部分I／O口作为SPC3的地址、数据及控制总线接口，其接口时序通过编程用软件实现。MAP430F149与SPC3之间的连接如图3所示。
MAP430F149作为处理器单元管理通信事务，SPC3协议芯片则完成数据的转换和收发功能。SPC3在选用Intel芯片模式并工作于同步模式时，内部地址锁存器和解码电路工作，所以CPU的低8位地址线不经过573锁存器直接与SPC3连接(低8位地址线与8位数据线分时共用传输线)，P4口作为 A／DBUS复用。CPU的高8位地址线直接与SPC3的AB0～AB7相连，且必须为00000XXX(X表示0、1信号都行)。在此将SPC3的 AB3~AB10接地，AB0~AB2接单片机的P1．6、P1．4、P1．5，作为AB8~AB10地址线。此时片选信号输入引脚XCS不起作用，接高电平；地址锁存信号ALE起作用，接处理器P1．7。CPU与SPC3通过SPC3的双口RAM交换数据，SPC3的双口RAM应在CPU地址空间统一分配地址，CPU把这片RAM当作自己的外部RAM。
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