基于DSP的高精度信号自动控制及采集

李强　邢刚

摘要：为实现自动化检测某产品的性能指标是否合格，以DSP芯片DSPIC30F6014A为核心，构成一个集AD采集、DA模拟量输出、串口屏通信显示的小型专用测试设备。DSP芯片12位ADC模块能够实时采集产品的供电输入信号及输出状态信号。16位DAC芯片在DSP芯片控制下按照产品的测试时序，产生动态变化的高精度模拟信号作为产品的输入激励，实现产品的自动测试。测试系统将每一步的测试数据自动进行处理，产生的测试结果通过RS232通信，传输至串口屏实时进行显示输出。

关键词：DSPIC30F6014A；AD采集；DA输出；自动测试

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.13.087

0引言

随着计算机和信息技术的飞速发展，DSP技术取得了迅速发展，特别是随着半导体制造工艺的发展和计算机体系结构等方面的改进，DSP芯片的功能越来越强大，通常包含多种外围接口和总线，通过简单的配置即可使用各种复杂的接口。

某产品测试时需要对其提供“正激励信号”和“负激励信号”两路变化的激励信号，变化范围为0V～±15V，精度要求为±0.05V。测试步骤如下：

（1）正门限电压测试：“负激励信号”保持-15V输出电压不变，“正激励信号”输出电压从0V逐渐升高至+15V，测试出产品输出状态信号变化时对应的“正激励信号”电压值并显示；

（2）负门限电压测试：“正激励信号”保持+15V输出电压不变，“负激励信号”输出电压从0V逐渐降低至-15V，测试出产品输出状态信号变化时对应的“负激励信号”电压值并显示。

使用人工进行测试时，容易引入较大的人为误差，且测试操作繁琐，效率低下，当测试量大时，造成大量的人工成本浪费，为此研制本测试系统，实现产品的自动测试，并对测试结果进行判断、显示，生成测试报表。

1系统设计

系统主要由电源模块，DSP模块，DA模块，基准电压源模块，信号调理模块，串口屏显示模块等部分组成。其中，电源模块完成AC/DC，DC/DC转换功能，产生满足测试系统工作需要的直流稳压源和产品所需的供电输入。DSP模块主要功能是按照其内部存储器中存储的测试软件实现流程控制，进行信号采集，DA芯片控制，串口屏的显示输出控制及与上位机的通信。DA模块实现数模转换，产生两路激励信号。基准电压源模块采用高精度双跟踪基准芯片产生高精度5V基准源信号，作为DSP芯片和DAC芯片的基准源输入。信号调理模块完成AD采集信号的前期处理，将采集的被测信号调理到DSP芯片采集范围内。串口屏显示模块显示测试数据，为用户提供直观的测试结果显示。232通信模块实现DSP芯片与上位机的串口通信。测试系统组成如图1所示。

2硬件设计

2.1电源模块设计

测试系统采用两个AC/DC模块产生系统所需的±27V，+5V直流稳压功率电，设计正、负电压调节电路对±27V进行二次变换，产生±18V直流稳压源。

2.2DSP模块设计

DSPIC30F6014A集成12位ADC采集模块最多可以有16个模拟输入引脚，即AN0—AN15。此外，有两个可用于外部参考电压连接的模拟输入引脚。该引脚外接基准电压源作为ADC模块的参考电压，提高测量精度。

DSPIC30F6014A提供串行I/O的通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART）模块。UART是可以和外设（例如，个人电脑、RS-232和RS-485接口）通信的全双工异步系统。测试系统使用UART1模块与串口屏进行通信，使用UART2模块上位机进行232串口通信。

2.3DA模块设计

DA模块选用TI公司DAC8728芯片，该芯片是一款低电压，八进制，16位数模转换芯片。当供电电压为双极性±15.5V（或高于±15.5V），基准电压为5V时输出电压可以达到±15V。DAC8728在额定温度范围-40℃～+105℃下具有低功耗、良好的线性及较小的误差。

2.4基准电压源模块

基准电压模块选用AD公司的高精度双跟踪基准源芯片AD588。AD588低初始误差及低温漂特性使其具有单片芯片前所未有的绝对精度性能。它采用专利离子注入技术，内埋齐纳二极管和使用激光晶圆漂移微调的高稳定性薄膜电阻以提供杰出性能。低初始误差特性允许AD588作为12位绝对精度精密测量应用的基准。其稳定的特性可以使系统无需手动系统校准和定期校准。本测试系统选具有1mV初始误差，1.5ppm/℃温度系数，-25～+85℃温度范围的AD588BQ型号芯片。

2.5信号调理模块

由于ADC采集模块的模拟输入范围为0～5V，故需要对模拟信号进行调理，然后再进行数据采集。调理电路采用运算放大器LF147，它是一种高速并具有内部调整失调电压的运算放大器，同时具有较低的噪声和失调电压温漂。LF147在工作温度范围（-55℃～+125℃）内输入失调电压最大为8mV，输入失调电压温漂最大为10μV/℃。

2.6串口屏显示模块

串口屏显示模块采用4.3寸480×272图形点阵H600内核16.7M色工业串口屏。串口屏自带显示驱动模块，和DSP模块通过RS-232串口进行通信。

3软件设计

DSP软件的开发环境为MPLAB IDE v8.91，软件设计是整个系统的重要组成部分，它是在硬件电路的基础上进行开发建立，配合硬件电路，以满足测试需求。

测试软件编写时采用模块化的设计方法，各个软件子模块针对各自需要完成的功能来进行相应的功能函数程序的编写，软件按功能主要分为系统初始化、AD采集、DA输出、结果判别及显示等模块。系统初始化模块主要完成DSP芯片AD、IO、串口、定时器等的初始化；AD采集模块主要通过中断服务实现对各信号的模数转换；DA输出模块主要通过对DSP的通用IO端口进行配置，实现对DA芯片的输出控制，实现数模转换；结果判别及显示模块主要实现的采集结果进行计算，判断信号是否在合格范围内，并将结果通過串口屏显示模块显示输出。采用模块化的编写方法便于以后系统软件的调试及升级改进。

测试系统的软件流程框图如图2所示。

4结论

本系统针对某产品的自动化测试，围绕DSP开展设计工作，针对核心问题—可变激励信号产生，模拟信号采集，流程自动控制进行了深入探讨与设计。通过DSP技术设计了高精度信号自动控制及测试系统，并实现了对某产品的自动化测试。测试系统成本低廉、自动化程度高、具有5mV的激励信号精度及10mV的采集信号精度。系统具有可扩展性，可以通过简单改进，满足其他类似的测试环境需要。

参考文献

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