嵌入式智能动平衡测试系统及其滤波器设计

　　在动平衡测试中,测试仪器由采用只能处理模拟量的分离元件过渡到可以处理数字量的微控制器(即单片机)。现在,随着DSP(数字信号处理器)的 技术发展和价格不断下降,DSP已从以往的军用领域迅速地向工业部门渗入。将DSP与应用广泛的微控制器相结合,组成一对主从嵌入式控制运算系统应用于智 能动平衡仪的设计中,微控制器作为主控器完成全局的控制,而利用DSP的快速运算能力来实现数字滤波、FF等。该系统通过将单片机和DSP各为核心功能模 块,分别完成各自实时控制和运算高速的特点,既提高仪器的实时处理性能,又可拓展测试、运算范围。作者针对旋转机械动平衡测试的实际课题,介绍这种基于 DSP———微控制器对的智能动平衡仪的测试系统设计,并举例说明其数字滤波的实现方法。

　　1　系统设计

　　1.1　系统硬件构成

　　系统硬件构成如图1所示。

　　整个硬件系统包括两大部分:一是TMS320C25DSP处理系统,包括TMS320C25芯片、外部程序存储器、外部数据存储器、模数转换电路等;二是AT89C52主处理器部分,包括AT89C52芯片、键盘、LCM240×128液晶显示模块等。

　　TMS320C25是指令周期为100ns的定点DSP芯片,FFT变换用的比特反转寻址方式,具有在多处理器之间进行同步处理的能力支持多处 理器共享存储器。AT89C52是ATMEL公司的8位低功耗微控制器,内有8K字的Flash ROM。AD574为12位逐次逼近AD转换器,转换速率为25μs,即最高采样频率fs可以达到40 000Hz。硬件系统由AT89C52微控制器作为主控器完成对整个系统的控制、键盘处理和显示等功能。而TMS320C25则完成对AD574和多路开 关的控制,并执行数字滤波、FFT变换、动平衡的影响系数矩阵法运算。

　　该系统最大优点是主从芯片在互不传送数据时都可独立的工作,解决了用单一微控制器时必须分时复用的问题,俱有更高的效率。

　　1.2　主从系统交互原理

　　AT89C52与TMS320C25的接口电路示意如图2所示。

　　整个硬件系统由AT89C52和TMS320C25两个处理器以主从方式连接实现。其中AT89C52作为主机,完成系统的人机接口和对 TMS320C25的控制。AT89C52的P2.0口接至TMS320C25的INT0中断,用强制方式迫使TMS320C2接受其命令,P2.1口用 于复位TMS320C25,P2.2口是接口芯片74HC374的输出使能线;P1口用于与TMS320C25的双向8位方式数据交换。MPU-WE和 MPU-RD分别是写入74HC374锁存器、从74HC244缓冲器读出数据的使能线。

　　在动平衡测试工程中,AT89C52微控制器通过光电传感器的信号计算出转动周期,并以此信号来触发TMS320C25。TMS320C25控制多路开关和AD574轮流对测振传感器的信号进行采样、处理,并将处理后的数据通过中断请求传送给AT89C52。