基于DSP和ARM的激光粒度仪关键电路设计

系统的硬件组成分为以下几个部分：环形光电探测器、数据选择部分、电流电压转换部分、运算放大部分、模数转换部分和中央单片机控制部分。

①模拟多路选择器选用ADG506，它精度高，为1mV，抗干扰能力强，功耗低，价格便宜；

②电流电压转换电路有起滤波作用的电容及可调电阻，有利于调整电路参数；

③滤波放大电路的二阶Butterworth低通滤波器截止频率为10Hz，主要滤除工频干扰；

④模数转换电路采用的芯片是TLC2551，此芯片是14位A／D，输入电压范围为：O～5V；理论采集精度可达0．3mV，受实际测试条件所限制实际测试精度可达0．8mV；A／D转换时间为10m，采集速度很高；此芯片抗干扰能力强，功耗低，性价比高；

⑤控制电路采用C8051F320作为采集电路的控制芯片，它片上资源丰富，主频高可达25MHz，而且开发简单，性价比高。单片机采集来的数据通过串口发送给DSP芯片。

2．2 DSP运算电路的设计

DSP作为一种用的数字信号处理器，自从问世以来，DSP就以数字器件特有的稳定性，可重复性，可大规模集成，特别是可编程性和易于实现自适应处理的特点，给数字信号处理的发展带来了巨大的机遇。

激光粒度仪的采集电路采集来的数据通过RS232串口传送给DSP处理器，经过DSP进行算法运算，运算完成后再通过RS232串口传送给嵌入式ARM处理器显示结果。原理框图如下图4所示：

①DSP芯片选用TMS320C5416，TMS320C5416采用改进的哈佛结构，具有以下优点：具有高度并行性和专用硬件乘法器和加法器的CPU设计，芯片性能大大提高；程序存储器和数据存储器是相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。本系统中设置了16路数据总线，32路地址总线，其余的为控制总线。

②串并数据转换采用的芯片为TLl6C752B，此芯片有两个串口控制器，控制器A和控制器B。D00到D07为8位数据总线，RXA和TXA与RXB和TXB分别为A口与B口的数据发送端口和数据接收端口。CSA和CSB分别为A口和B口的片选端口。

③RS232电平转换电路，采用的电平转换芯片为MAX3160它把3．3V的TTL电平转换为RS232电平。

2．3 ARM显示电路的设计

三星公司开发的S3C2440A是一款以ARM920T为内核的嵌入式微处理器，它的最高工作频率达433MHz，内含3通道的异步串行口，USB主、从单元设备接口，摄像头接口，触摸LCD／TFT控制器等众多片上外设接口。LCD屏TD035STED2为3．5英寸，屏幕分辨率为320×240，能提供262K中色彩。

2．4 PCB设计

PCB设计采用的设计软件为Protel99，PCB设计的关键是：模拟电路部分要具有很好的抗干扰能力和高可靠性。提高电路的抗干扰能力的方法有：①元器件布局要合理；②布线要合理；③覆铜要合理；④金属壳接地屏蔽等。

3 实验结果分析

在完成电路系统设计的基础上，进行激光粒度仪实验。在相同环境、相同采集电路、相同Mie算法条件下，分别用标准P4台式机和DSP+ARM电路进行实验。实验样品采用满足R-R单峰分布的粒径范围为O．1～100μm的碳酸钙。

以上两种方式分别连续20次测试，相对于标准样品，实测d50误差在±3％，d10和d90误差在±5％之内，重复精度在±3％以内，说明采集精度达到了仪器标准。实验验证，此系统设计方案比标准P4机运算至少快10s。

4 结束语

本文将DSP的高速处理能力和ARM得管理能力结合起来，使整个系统在结构上获得最大的灵活性。高性能DSP可以满足运算性能方面的需要，而ARM的可控性。可以解决触摸显示采集结果。同时减小了仪器体积，提高了运算速度。