基于DSP和ARM的激光粒度仪关键电路设计

基于DSP和ARM的激光粒度仪关键电路设计

 

　　为了增强激光粒度仪的数据处理能力和减小仪器体积，本文介绍了一种基于DSP和ARM的激光粒度仪关键电路的嵌入式方案。主要阐述了硬件系统的总体设计方案，并详细介绍了数据采集电路、DSP运算电路、ARM显示电路的设计。最后给出实验验证结果，证明此方案比原来的P4台式机运算快lOs，并且实现无需外接台式机，减小了仪器体积。

　　

　　DSP技术实现MIE散射算法有很多优点：它是专为算法计算而设计的专用CPU，所以它运算速度很快；与通用CPU相比它成本低，所以有很好的性价比；而且它的体积小，能实现仪器一体化等等优点。ARM具有丰富的片上资源，适合嵌入式系统的开发，主要负责操作系统的运行、任务管理和协调以及DSP的控制任务，外部可扩展多种外设，如通用串口、LCD显示屏、以太网接口。

　　

　　激光粒度仪中的光电探测器采集颗粒在一定角度范围内的散射光来得到颗粒的粒径分布信息。由于光电探测器处在傅里叶透镜的焦平面上，因此探测器上的任一点都对应某一确定的散射角。光电探测器阵列由一系列同心环带组成，每一环带是一个独立的探测器，能将投射到上面的散射光能线性地转换成电压，然后送给采集卡。该卡将电信号放大，再进行A／D转换后送入计算机，按事先编制的程序根据米氏散射理论进行数据处理，把散射谱的空间分布反演为颗粒大小的分布。

　　DSP作为一种用的数字信号处理器，自从问世以来，DSP就以数字器件特有的稳定性，可重复性，可大规模集成，特别是可编程性和易于实现自适应处理的特点，给数字信号处理的发展带来了巨大的机遇。

　　激光粒度仪的采集电路采集来的数据通过RS232串口传送给DSP处理器，经过DSP进行算法运算，运算完成后再通过RS232串口传送给嵌入式ARM处理器显示结果。

　　①DSP芯片选用TMS320C5416，TMS320C5416采用改进的哈佛结构，具有以下优点：具有高度并行性和专用硬件乘法器和加法器的CPU设计，芯片性能大大提高；程序存储器和数据存储器是相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。本系统中设置了16路数据总线，32路地址总线，其余的为控制总线。

　　②串并数据转换采用的芯片为TLl6C752B，此芯片有两个串口控制器，控制器A和控制器B。D00到D07为8位数据总线，RXA和TXA与RXB和TXB分别为A口与B口的数据发送端口和数据接收端口。CSA和CSB分别为A口和B口的片选端口。

　　③RS232电平转换电路，采用的电平转换芯片为MAX3160它把3．3V的TTL电平转换为RS232电平。

　　S3C2440A是一款以ARM920T为内核的嵌入式微处理器，它的最高工作频率达433MHz，内含3通道的异步串行口，USB主、从单元设备接口，摄像头接口，触摸LCD／TFT控制器等众多片上外设接口。LCD屏TD035STED2为3．5英寸，屏幕分辨率为320×240，能提供262K中色彩。

　　PCB设计采用的设计软件为Protel99，PCB设计的关键是：模拟电路部分要具有很好的抗干扰能力和高可靠性。提高电路的抗干扰能力的方法有：①元器件布局要合理；②布线要合理；③覆铜要合理；④金属壳接地屏蔽等。

　　在完成电路系统设计的基础上，进行激光粒度仪实验。在相同环境、相同采集电路、相同Mie算法条件下，分别用标准P4台式机和DSP+ARM电路进行实验。实验样品采用满足R-R单峰分布的粒径范围为O．1～100μm的碳酸钙。

 

　　本文将DSP的高速处理能力和ARM得管理能力结合起来，使整个系统在结构上获得最大的灵活性。高性能DSP可以满足运算性能方面的需要，而ARM的可控性。可以解决触摸显示采集结果。