LTC1290及其在織機(jī)經(jīng)紗張力采集中的應(yīng)用

    摘要：詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集芯片LTC1290的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能及工作時(shí)序。給出了LTC1290采集參數(shù)的設(shè)置方法。并以實(shí)際應(yīng)用為例，給出了它與微處理器MC68331的接口電路以及經(jīng)紗張力數(shù)據(jù)采集流程圖。

    關(guān)鍵詞：LTC1290；數(shù)據(jù)采集；MC68331

數(shù)據(jù)采集是計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)不可缺少的部分，它直接關(guān)系到控制的精度。本文介紹的ＬＴＣ１２９０是ＬＴ公司的一款串行數(shù)據(jù)采集芯片，它具有分辨率高、與ＭＣＵ接口簡單、通信參數(shù)設(shè)置方便等特點(diǎn)。由該芯片與ＭＣ６８３３１微處理器組成的某型箭桿織機(jī)經(jīng)紗張力采集系統(tǒng)具有極高的采集精度，可為經(jīng)紗張力的精密控制提供可靠保障。

１ LTC1290簡介

ＬＴＣ１２９０是串行數(shù)據(jù)采集芯片，內(nèi)部集成了采樣保持器和１２位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它有八個(gè)輸入通道，可以編程為單端或差動(dòng)式輸入。單端模式下可以共享一個(gè)片內(nèi)采集保持器。空閑模式下可編程為省電模式。其串行口與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行口兼容，轉(zhuǎn)換結(jié)果可以方便的編程為高位在前或者是低位在前，也可以編程為八位、十二位或者十六位輸出，這就使得它可以方便地與移位寄存器和多種處理器進(jìn)行連接。圖１是ＬＴＣ１２９０的內(nèi)部功能框圖及外部引腳。

ＬＴＣ１２９０主要包括模擬輸入通道、采樣保持、１２位模數(shù)轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換控制等部分。其中多路模擬輸入單元用于接收外部八路模擬輸入，并可根據(jù)輸入控制命令選擇輸入模式及所采集的數(shù)據(jù)通道；采樣保持器完成對(duì)所選模擬信號(hào)的采樣與保持以便進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；數(shù)模轉(zhuǎn)換器將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；控制及時(shí)鐘單元控制片選及時(shí)鐘轉(zhuǎn)換等。

圖2

２　引腳說明

ＣＳ：片選端，該端置低將啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸；

ＣＨ０～ＣＨ９：模擬信號(hào)輸入端；

ＣＯＭ：輸入信號(hào)公共端；

ＤＧＮＤ和ＡＧＮＤ：數(shù)字地和模擬地；

ＶＣＣ和Ｖ－：正負(fù)供電端；

ＲＥＦ－和ＲＥＦ＋：分別為標(biāo)準(zhǔn)參考正負(fù)電源端；

ＤＩＮ：控制命令輸入端，用于設(shè)置采集參數(shù)；

ＳＣＬＫ：串行移位時(shí)鐘，用于控制輸入和輸出數(shù)據(jù)；

ＡＣＬＫ：模數(shù)轉(zhuǎn)換脈沖，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換；

ＤＯＵＴ：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端。

３ LTC1290的工作過程

ＬＴＣ１２９０采用同步、全雙工、四線方式與微處理器進(jìn)行串行通信，具體時(shí)序如圖２所示。當(dāng)移位時(shí)鐘與移位數(shù)據(jù)寄存器同步時(shí)，系統(tǒng)將在ＳＣＬＫ的下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)，并在ＳＣＬＫ的上升沿捕獲數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行（全雙工）。在片選端ＣＳ下降沿啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸后，微處理器將通過串行輸出發(fā)出采集參數(shù)控制命令字節(jié)到輸入移位寄存器。該控制命令字節(jié)是下一次待轉(zhuǎn)換的控制參數(shù)，而不是當(dāng)前轉(zhuǎn)換的控制參數(shù)。在輸入控制命令的同時(shí)，當(dāng)前數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果將通過ＤＯＵＴ端輸出。當(dāng)控制命令字節(jié)傳輸完畢而上次轉(zhuǎn)換輸出尚未完成時(shí)，ＤＩＮ端數(shù)據(jù)不影響轉(zhuǎn)換控制。數(shù)據(jù)交換完畢后啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，此刻片選端ＣＳ應(yīng)置為高電平并且在整個(gè)轉(zhuǎn)換期間應(yīng)一直為高。轉(zhuǎn)換結(jié)果將在下次數(shù)據(jù)交換時(shí)輸出，轉(zhuǎn)換結(jié)果要比輸入字節(jié)延遲一個(gè)ＣＳ周期，如圖３所示。

    每次數(shù)據(jù)采集前都要設(shè)置采集參數(shù)，以向輸入移位寄存器寫入正確的控制命令字節(jié)。控制命令字節(jié)為下降沿開始后輸入的前八位，可用于設(shè)置有關(guān)數(shù)據(jù)采集的參數(shù)。八位控制命令字節(jié)定義如圖４所示。圖中前四位用于選定要采集的數(shù)據(jù)通道以及確定是差動(dòng)輸入還是單端輸入。第五位（ＵＮＩ）確定轉(zhuǎn)換是單極還是雙極的，該位為邏輯“１”表示單極，否則為雙極。第六位用于確定轉(zhuǎn)換結(jié)果高低位輸出順序：為“１”時(shí),輸出順序?yàn)楦呶辉谇?，反之低位在前。最后兩位（ＷＬ１和ＷＬ０）用來確定當(dāng)前輸出數(shù)據(jù)的長度或編程為省電方式，具體見表１。

表1 長度位功能定義

４ LTC1290與微處理器的接口

ＬＴＣ１２９０可以與大多數(shù)通用微處理器的同步串行接口直接相連，而不需要外接任何電路。如果微處理器沒有串行接口，可將它的四根并行線編程為串口與ＬＴＣ１２９０相接。本文以它與ＭＣ６８３３１的接口為例闡述其連接方法及實(shí)際應(yīng)用。

５ LTC1290在織機(jī)張力采集中的應(yīng)用

在織機(jī)中，經(jīng)紗張力是必須嚴(yán)格監(jiān)測(cè)和控制的，否則就可能出現(xiàn)經(jīng)紗松弛或張力過大而導(dǎo)致斷紗、停機(jī)、出現(xiàn)稀密緯，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量和效率。可以說張力大小的精密控制是織機(jī)性能的關(guān)鍵之一，而張力精密控制的前提是對(duì)張力的精密檢測(cè)。本箭桿織機(jī)自從采用ＬＴＣ１２９０和ＭＣ６８３３１構(gòu)成經(jīng)紗張力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，采集精度很高（１２位，分辨率達(dá)到０.０００３）?控制效果很好。

    ＭＣ６８３３１是摩托羅拉公司的３２位單片機(jī)，該單片機(jī)功能強(qiáng)大、工作速度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，特別是其內(nèi)部集成了可獨(dú)立于ＣＰＵ的定時(shí)處理單元和隊(duì)列串行模塊，從而減輕了ＣＰＵ的開銷，特別適用于實(shí)時(shí)多任務(wù)的處理。其隊(duì)列式串行外圍接口可用于ＭＣ６８３３１與其他外設(shè)或者ＭＣＵ之間進(jìn)行同步串行通信，它有主從兩種模式。ＭＣ６８３３１有自己的發(fā)送數(shù)據(jù)ＲＡＭ、接收數(shù)據(jù)ＲＡＭ以及命令ＲＡＭ。其通信參數(shù)設(shè)置方便，可以獨(dú)立于ＣＰＵ運(yùn)行，一次最多可以傳輸８到２５６位數(shù)據(jù)而不需要ＣＰＵ干預(yù)。ＭＣ６８３３１與ＬＴＣ１２９０的接口電路如圖５所示。

在圖５所示電路中，ＬＴＣ１２９０用于采集數(shù)據(jù)通道送來的經(jīng)紗張力信號(hào)，它采用單端模式，微處理器串行通信采用主機(jī)模式。ＭＣ６８３３１通過ＰＣＳ０發(fā)出片選控制信號(hào)，并通過ＳＣＬＫ發(fā)出串行時(shí)鐘以啟動(dòng)數(shù)據(jù)的串行傳輸，從ＭＯＳＩ端將發(fā)送數(shù)據(jù)ＲＡＭ中的采集參數(shù)設(shè)置命令發(fā)送給ＬＴＣ１２９０，同時(shí)通過ＭＩＳＯ端將轉(zhuǎn)換結(jié)果納入接收數(shù)據(jù)ＲＡＭ，以等待ＣＰＵ取走采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集程序流程如圖６所示。

６　結(jié)束語

ＬＴＣ１２９０數(shù)據(jù)采集芯片分辨率高?轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置靈活、可與絕大多數(shù)微處理器直接連接而不需要任何外部電路，從而給用戶帶來了極大的方便。筆者在某箭桿織機(jī)經(jīng)紗張力采集系統(tǒng)中使用該芯片后，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠，完全可滿足張力精密控制要求。