嵌入式数据采集与终端电路设计详解

米粒 · 发表于 2015-12-3 13:11:55

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嵌入式数据采集与终端电路设计详解

在信息迅速发展的今天，计算机信息技术已经成为一种主导技术，信息产业也成为主导的产业，信息产业已经成为当今社会一种新的经济增长点，为此，本文针对如何设计采集系统与终端电路设计进行探讨。
数据采集系统电路
高速率、高精度的18位AD7674与C8051F060之间并口通信的接口电路设计。采用的单片机配置灵活，传输速度快，接口采用并口通信，可实现嵌入式数据采集系统高速数据传输;同时 AD7674与AD7678、AD7679等18位SAR ADC 以及AD7621、AD7623等16位高速SAR ADC 引脚相兼容，从而大大增强了系统开发的灵活性和拓展性。
AD7674能提供3种不同转换速率工作方式，以便对不同的具体应用优化性能。这3种工作模式如下：WARP，允许采样率高达800 kHz。然而在这种模式下只有当转换之间的时间不超过1ms 时，才能保证其转换的精度。如果连续两次转换之间的时间大于1 ms，第一次转换的结果就会被忽略，这种模式适合于要求快速采样率的应用。NORMAL，这种模式的采样率为666 kHz，在这种模式下对采样转换之间的时间没有限制，既可保证高的转换精度又可确保快速的采样速率。IMPULSE，一种低功耗模式，其采样率为570 kHz。

只用1块C8051F060芯片即可完成单片机8051的各种控制，多路A/D 转换和D/A 转换，I2C、SPI 数据总线传输，RS232、RS485串口通信等功能，从而大大减少了元器件的种类，缩小了印制板的面积，节约了成本，提高了系统可靠性。而其交叉开关方式的配置，使I/O 口应用更加灵活方便。AD7674与C8051F060的接口电路图为AD7674在高速采集系统中的外围电路和接口电路。外围电路包括电压基准输入的设计、模拟电压输入部分的设计、模拟和数字电源供电的设计及接口电路的设计。接口电路包括AD7674与C8051F060和CPLD 的接口。
以太网终端设计
CS8900A低功耗的以太网控制器，被广泛应用于工控机中。其高集成度的设计(在应用当中只需要极少的外围元件)和简单容用的总线接口，非常适用于本设计。目前，许多的以太网控制器都只提供PCI(周边元件扩展接口)接口，而CS8900A可以直接和微控制器相连，所以，可以MSP430F149 的I/O口来直接对CS8900A进行控制，具体连接方式如图2所示。另外，CS8900A可以直接3V供电，这有利于和MSP430F149之间的电平匹配。

图2：硬件电路原理图
语音识别电路模块设计
模块的核心处理单元选用ST公司的基于ARMCortex-M3内核的 32位处理器STM32F103C8T6。本模块以对话管理单元为中心，通过以LD3320芯片为核心的硬件单元实现语音识别功能，采用嵌入式操作系统 μC/OS-II来实现统一的任务调度和外围设备管理。经过大量的实验数据验证，本文设计的语音识别模块具有高实时性、高识别率、高稳定性的优点。
语音识别电路
图3为语音识别部分原理图，参照了ICRoute发布的LD3320数据手册进行设计。LD3320的内部集成了快速稳定的优化算法，不需外接Fla- sh、RAM，不需要用户事先训练和录音而完成非特定人语音识别，识别准确率高。图中，LD3320采用并行方式直接与 STM32F103C8T6相接，均采用1kΩ电阻上拉，A0用于判断是数据段还是地址段;控制信号，复位信号以及中断返回信号INTB与 STM32F103C8T6直接相连，采用10kΩ电阻上拉，辅助系统稳定工作;和STM32F103C8T6采用同一个外部8 MHz时钟;发光二极管D1、D2用于复位后的上电指示;MBS(引脚12)作为麦克风偏置，接了一个RC电路，保证能输出一个浮动电压给麦克风。