|
引言 TMS320C6711是TI公司推出的 DSP芯片。其數(shù)據(jù)處理功能非常強大，時鍾速度可大100M（或者150M），但是其I/O功能要求有限。因此，采用MCU（89C52）作為人機接口，構(gòu)成雙 CPU（MCU和DSP）係統(tǒng)。 1 係統(tǒng)構(gòu)成 本文所介紹的CCD采集係統(tǒng)是在32位浮點 DSP（TMS320C6711）上實現(xiàn)的。如圖1所示：單片機89C52負(fù)責(zé)接受鍵盤輸入，並在液晶顯示器上顯示處理的結(jié)果信息；CCD在光點轉(zhuǎn)換後的數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器後在異步FIFO中緩存；DSP是係統(tǒng)的信息處理中心，它讀取FIFO中的數(shù)據(jù)後經(jīng)過處理，將結(jié)果傳給89C52，由液晶顯示器顯示信息。 
DSP（TMS320C6711）是整個硬件係統(tǒng)的信號處理中心。它接受CCD傳來的采集信號，加以處理並將結(jié)果傳給單片機。DSP還完成對Flash和SDRAM的控製。 MCU（89C52）主要充當(dāng)人機界麵的角色，接受外部鍵盤的輸入，將DSP傳輸未來的結(jié)果用數(shù)據(jù)和圖文的形式在液晶顯示器上顯示出來。 *8KB的可編程Flash Memory； *可以寫/擦1000次以上； *內(nèi)置256×8位RAM； *32 個可編程I/O口。 由於DSP計算能力很強，但I(xiàn)/O控製能力有限，因此89C52的以上性能可以保障係統(tǒng)控製能力，提供人機接口之便。 CCD（TCD132D）是一種新型的固體成像器件。特別適合各種精密圖像傳感和無接觸工件尺寸的在線測量。TCD132D是具有1024個像素的二相線性CCD。 IDT7204 是4K×9位的異步FIFO，讀寫操作會自動訪問存儲器中連續(xù)的存儲單元。從FIFO中讀出的數(shù)據(jù)和寫入的順序相同，地址的順序在內(nèi)部已經(jīng)預(yù)先定義好。芯片對讀寫指針提供複位功能，使內(nèi)部讀寫指針同時設(shè)置到初始位置。另外，它還可以對已經(jīng)讀出的數(shù)據(jù)通過將讀指針重新設(shè)置到初始位置而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的重新讀取。該器件用9位數(shù)據(jù)寬度，第9位可以根據(jù)用戶需要作控製位或者校驗位。IDT7204的存取速率可達(dá)12ns。 A/D轉(zhuǎn)換器（AD7821）是Analog公司出品的高速8位A/D轉(zhuǎn)換器件；Flash采用AMD公司4Mbit的Flash Memory AM29LV400B；SDRAM采用了4片Micron公司生產(chǎn)的高速SDRAM芯片MT48LC2M8A；液晶顯示采用T6963C控製器點陣圖形液晶顯示模塊。 2 係統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵電路的設(shè)計和主要芯片的互連互控 2.1 CCD以及A/D模塊 采用TCD132D線性CCD，光電轉(zhuǎn)換後用三極管放大，如圖2所示。三極管放大後用LF357進(jìn)行濾波處理，然後再送A/D模塊濾波、轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換使用AD7821，采用READ方式讀取數(shù)據(jù)。
2.2 DSP與SDRAM、FIF0的互連和信號完整性設(shè)計 由於TMS320C6711的時鍾頻率在100MHz以上，時鍾沿時間為10ns或者以下，係統(tǒng)構(gòu)成中除有DSP芯片本身外，還有SDRAM、Flash、 FIFO等。故必須對係統(tǒng)進(jìn)行分割，主要目的是保護高速部分，即SDRAM部分。 設(shè)計中高速部分（SDRAM部分）要求信號線盡量短，盡量靠近DSP。本係統(tǒng)中需要使用大量存儲器（4片SDRAM）。DSP與SDRAM的時鍾接口速度很高，為保障信號的完整性，如圖3所示，采用圖4所示的時鍾緩衝器產(chǎn)生4個相同、延遲極小並且一致的時鍾，分別接到4片SDRAM上。這樣不但增加了時鍾的驅(qū)動能力，同時還很好地保證了信號的完整性。 圖3 信號雙向緩衝器隔離圖
為了保護高速信號部分，同時為了防止DSP外設(shè)驅(qū)動能力的不足，用 74LVT162245雙向緩衝器實現(xiàn)Flash和異步FIFO數(shù)據(jù)線的職責(zé)離。 FIFO芯片IDT7204與DSP連接中圖5所示。FIFO是異步器件，所以放到CE1空間上。FIFO的讀信號由XARE#、XCE1#、XA20、XA21控製。當(dāng)AD7821信號轉(zhuǎn)換害完成後， 由DB_INT向WE#寫信號線開始寫入FIFO；而當(dāng)FIFO半滿後，由HF#向DSP的X_INT4請求寫入DSP。
2.3 DSP與MCU的互連 由於DSP的McBSP接口和MCU（89C52）的UART接口並不一致，所以不能直接把McBSP當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)的UART來應(yīng)用。McBSP和UART連接有兩種方式：一種是Serial Port方式，硬件連接如圖6所示；另一種是將McBSP設(shè)置成GPIO方式，其硬件連接如圖7所示。
3 係統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用舉例 利用靜止懸浮式（非流式）激光散射法血細(xì)胞分類計數(shù)測定法對血細(xì)胞分類計數(shù)，不需要固定和染色樣品，不需要導(dǎo)電介質(zhì)，更不需要昂貴的流式裝置，可以方便、快捷地對血細(xì)胞分類計數(shù)。這不但大大降低了儀器造價，滿足於血液常規(guī)的檢驗，而且還可以針對病人的不同要求分別檢驗，減輕病人負(fù)擔(dān)。 3.2 軟件及其優(yōu)化 本係統(tǒng)的軟件分為兩部分：一是以單片機為核心的係統(tǒng)控製程序，主要是人機接口程序；二是以DSP為核心的數(shù)據(jù)處理程序。下麵就分別對這兩部分進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 （1）以單片機為核心的係統(tǒng)控製程序 單片機作為係統(tǒng)的控製核心負(fù)責(zé)液晶的顯示、鍵盤的掃描及係統(tǒng)的啟動和停止。圖8是這部分的程序流程圖。
（2）以DSP為核心的數(shù)據(jù)處理程序 DSP子係統(tǒng)接受單片機傳遞的操作指令和參數(shù)，啟動CCD工作，然後，通過QDMA方式從 FIFO（數(shù)據(jù)緩衝作用）裏麵讀取光強數(shù)據(jù)，調(diào)用NNLS算法計算血細(xì)胞的尺寸分布。最後，把結(jié)果傳遞給單片機。 圖9是這部分程序的流程圖。程序采用C語言與彙編語言混合編寫。C語言構(gòu)成程序的主框架。
程序的優(yōu)化包數(shù)據(jù)預(yù)處理和采用浮點運算器TMS320C6711的各種優(yōu)化方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 由於測得的散射光強分布信息的數(shù)字化信號往往帶有電路噪聲和隨機誤差，影響到測量的精度。為使這些數(shù)據(jù)能更好地反映實際情況，通常要對它們進(jìn)行一定的預(yù)處理，這樣才能作為數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)一步計算的原始數(shù)據(jù)。我們采集50組光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，來減小相對誤差。由於CCD光學(xué)探測器的各像元具有空間等間隔特點，故采用五點三次平滑濾波獲取血液樣品的徑向散射光強。 4 結(jié)論 線陣CCD采集和處理係統(tǒng)采用DSP（TMS320C6711）和 MCU（89C52）的雙CPU處理係統(tǒng)。將DSP的數(shù)據(jù)處理速度快和MCU的I/O控製能力強的優(yōu)點結(jié)合起來，外加高速AD轉(zhuǎn)化器、異步FIFO，構(gòu)成了功能強大、計算速度快的光電采集處理係統(tǒng)。該係統(tǒng)在工業(yè)信號采集處理、醫(yī)學(xué)信號采集處理等領(lǐng)域都有很廣的應(yīng)用前景。 |
