基于DSP和虚拟仪器的微热管测控系统设计

　　0　引言

　　微热管是一种利用相变原理工作的高效热管导体,因其优良性能,正成为目前高能耗和高热流密度芯片导热的理想器件,但其研制和试验所需的高性能测试装置成本较高,其原因之一是所要求的数据采集频率较高[1-3]。DSP广泛应用于各类数据采集场合[4-6]。在相同的时钟频率和芯片集成度下,DSP完成FFT算法的速度比通用微处理器要快2~3个数量级[7]。采用DSP技术可以降低数据采集系统的成本。基于USB接口的数据采集控制卡具有热插拔、传输速度快、通用性强、易扩展和性价比高等优点。DSP数据采集与USB接口技术结合能实现较高速和方便的数据采集[8]。LabVIEW语言和USB总线紧密结合起来的数据采集控制系统将集成两者的优点。USB总线实现对外部数据实时高速的采集,把采集的数据传送到主机后再通过LabVIEW的采集界面显示、分析。主机发出的控制输出信号通过LabVIEW传送到USB总线实现对微热管测量控制系统的运行控制。整个测量控制系统如图1所示。

　　1　系统工作原理及硬件设计

　　MAX307在CPLD逻辑时序控制下对输入的多路温度信号进行选择,然后进入MAX6675进行12位高速温度模数转换;采集到的流量信号通过数字信号处理器TMS320F2812的12位模数转换;根据上位机的控制信号,在CPLD逻辑时序控制下,数字信号处理器TMS320F2812产生的电流电压信号经过AD5320转换输出到加热块,对加热块加热;数字信号处理器TMS320F2812产生的PWM(脉宽调制)经过光电耦合器输出到电机和水泵,控制微热管的转动方向和水泵的流量;上位机通过USB总线不断读入数据在控制界面上显示,又不断的把控制参量输出到各个执行器。具体模块功能如图2所示。

　　2　USB软硬件设计

　　2. 1　USB硬件设计

　　USB接口控制芯片PDIUSBD12是一个具有集成的SIE、FIFO存储器、发送器和电压调整器的高性能USB接口芯片,具有8位数据总线和一个地址的存储与数据交换设备,同时还支持DMA逻辑传输形式。SIE用来实现USB协议层的完整功能。具体功能如下:同步方式识别、并/串转换、比特填充/解填充、CRC校验/生成、PID确认/生成、地址识别和握手信号的鉴定/生成,批处理数据传输生成,批处理数据传输可达1 MB/s,(3±0·3)V双极性输入范围,可接收3·6~5·5 V工作电压,工作环境温度范围为-40~85℃. PDIUSBD12具有的低挂起功耗连同LazyClock输出可以满足使用ACPI、OnNOW和USB电源管理的要求,它提供4种控制模式。USB连接电路见图3。

 　　2. 2　USB软件设计

　　2. 2. 1　USB固件程序

　　固件程序负责处理PC主机发来的各种USB请求,以完成主机与外围电路间的数据传输。PDIUSBD12芯片的固件程序负责处理PC机发来的各种USB设备请求,并负责控制PDIUS-BD12与外围电路进行数据传输。