基于DSP的控制臺與上位機(jī)軟件的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蔡明知

摘要

本文提出了一種基于DSP的控制臺與上位機(jī)軟件的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并給出了具體的總體方案設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)和軟件流程。通過實(shí)際測試及應(yīng)用，成本低，可靠性高，滿足了工業(yè)核磁共振分析儀對通信系統(tǒng)的需求。

【關(guān)鍵詞】核磁共振 控制臺 通信系統(tǒng) 軟件流程

1 引言

一種基于DSP的控制臺與上位機(jī)軟件的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要用于工業(yè)核磁共振分析儀。工業(yè)核磁共振分析儀是一種基于釹鐵硼永磁體的核磁共振分析儀。工業(yè)核磁共振分析儀主要包括磁體系統(tǒng)、探頭系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、控制臺系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)等。其中通信系統(tǒng)是保障工業(yè)核磁共振分析儀的關(guān)鍵一環(huán)。

串口通信是儀器內(nèi)部系統(tǒng)短距離通信的優(yōu)選方案之一，具有成本低、門檻低、調(diào)試方便、兼容性高等優(yōu)點(diǎn)。但是在工業(yè)核磁共振分析儀中，要滿足對大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)募皶r(shí)性，可靠性。本文提出了一種基于DSP的控制臺與上位機(jī)軟件的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并給出了具體的總體方案設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)和軟件流程。通過實(shí)際測試及應(yīng)用，成本低，可靠性高，滿足了工業(yè)核磁共振分析儀對通信系統(tǒng)的需求。

2 總體方案設(shè)計(jì)及系統(tǒng)組成

控制臺系統(tǒng)和上位機(jī)軟件連接方式和組成框圖如圖1所示。其中虛線內(nèi)為主控板，與信號源板、接收板、發(fā)射板一同組成了控制臺系統(tǒng)。主控板的中央處理器采用的是TMS320F28335系列。TMS320F28335具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，6個(gè)DMA通道支持ADC，有多達(dá)18路的PWM輸出，其中有6路為TI特有的更高精度的PWM輸出（HRPWM），12位16通道ADC。TMS320F28335集成三個(gè)串行外設(shè)，具有成本低、門檻低、調(diào)試方便、兼容性高等優(yōu)點(diǎn)。

3 DSP28335與上位機(jī)的通信

3.1 通信基本原則

DSP與上位機(jī)的通信通過兩個(gè)串口來完成，分別為DSP28335的串行外設(shè)SCIA和SCIB。其中SCIA進(jìn)行命令字通信，SCIB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。命令字節(jié)包含上位機(jī)對控制臺系統(tǒng)的所有參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置一般為靜態(tài)，即正在進(jìn)行工作時(shí)，不能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。應(yīng)答信號是DSP接收到命令字節(jié)之后，給出的確認(rèn)信號。FID數(shù)據(jù)是DSP將采集到的核磁共振信號，發(fā)送給上位機(jī)軟件進(jìn)行進(jìn)一步的處理，數(shù)據(jù)量最大為8192*32bits。

由于FID數(shù)據(jù)量較大，傳輸過程中易發(fā)生錯(cuò)誤的現(xiàn)象。隨著波特率的升高，錯(cuò)誤率也相應(yīng)的增加。使用非標(biāo)準(zhǔn)波特率能大大改善這個(gè)問題。數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議：二進(jìn)制數(shù)據(jù)DO-DF作為關(guān)鍵字處理。因此，在傳輸過程中，要把在DO-DF之間的字節(jié)做拆分處理。

3.2 DSP28335中斷程序流程圖

運(yùn)行時(shí)，程序等待上位機(jī)軟件的命令。上位機(jī)發(fā)送的信息觸發(fā)SCIA和SCIB中斷。其中SCIA接收的是命令字節(jié)，包含控制臺的各種參數(shù)設(shè)置;SCIB接收的是控制字節(jié)，包含開始、停止等控制字節(jié)。

SCIB串行接收中斷服務(wù)程序是實(shí)現(xiàn)核磁共振信號采集和傳輸?shù)年P(guān)鍵流程。根據(jù)接收到的上位機(jī)控制字節(jié)，開始一次核磁共振信號采集，并把結(jié)果通過串行通信端口上傳給上位機(jī)軟件。在SCIB中斷之中，根據(jù)SCIA接收到的參數(shù)設(shè)置，設(shè)置相應(yīng)的工作時(shí)序，并打開外部中斷，開始執(zhí)行數(shù)據(jù)采集。圖2為SCIB串行中斷服務(wù)流程圖以及對應(yīng)外部中斷服務(wù)流程圖。

4 測試結(jié)果

該系統(tǒng)成功應(yīng)用于東方測控工業(yè)在線核磁共振分析儀。工業(yè)核磁共振分析儀是一種利用核磁共振技術(shù)分析過程物流性質(zhì)的工業(yè)在線分析儀器。通過氫原子核化學(xué)位移譜圖，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分、理化參數(shù)等進(jìn)行在線分析。指導(dǎo)生產(chǎn)過程自動化控制，穩(wěn)定工藝，提高產(chǎn)品收率?？蓮V泛應(yīng)用于石化、化工、制藥、食品等行業(yè)。

在測試中，連續(xù)運(yùn)行一周時(shí)間，未有發(fā)生關(guān)于通信的崩潰現(xiàn)象，未發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的現(xiàn)象，符合工業(yè)核磁共振分析儀通信系統(tǒng)的需求。

5 結(jié)論

本文提出了一種基于DSP的控制臺與上位機(jī)軟件的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并給出了具體的總體方案設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)和軟件流程。通過實(shí)際測試及應(yīng)用，成本低，可靠性高，滿足了工業(yè)核磁共振分析儀對通信系統(tǒng)的需求。

參考文獻(xiàn)

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