基于ADS8482與TMS320F28335的信號采集系統(tǒng)

摘要：針對加速度計電流信號微弱，給出一種大動態(tài)范圍的高速高精度信號采集系統(tǒng)。介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8482的性能和工作原理，并給出ADS8482與DSP TMS320F28335的接口設(shè)計方案，包括部分硬件電路和軟件編程代碼。外圍擴展的CPLD EPM7128控制ADS8482。該方案實現(xiàn)的加速度計檢測裝置簡單實用，可應(yīng)用于中低精度的慣性測量中。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；ADS8482；可編程邏輯；信號采集

    慣性測量裝置中，加速度計信號的精確檢測直接影響到慣性裝置的精度，因此提高測量加速度信號精度尤為重要。目前加速度計信號的檢測主要采用I／F變換檢測技術(shù)，測量精度高。但電路復(fù)雜，不適合慣性測量裝置的小型化，以及中低精度慣性器件的大批量生產(chǎn)。因此，這里提出一種基于A／D轉(zhuǎn)換器ADS8482和TMS320F28335的加速度計信號采集系統(tǒng)設(shè)計方案。

1 系統(tǒng)組成及主要器件介紹
    圖l該信號采集系統(tǒng)的硬件組成框圖。采樣信號經(jīng)前級調(diào)理電路，以單端輸入方式輸入至A／D轉(zhuǎn)換器ADS8482進行采集。ADS8482采用18位數(shù)據(jù)總線輸出，直接與TMS320F28335數(shù)據(jù)線相連，電路的控制部分與引腳電平兼容，是由EPM7128型CPLD實現(xiàn)。采集到的數(shù)據(jù)通過DSP片上串口輸出。

    ADS8482型逐次比較A／D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)總線方式可配置成8，16和18位。內(nèi)部提供采樣時鐘，其采樣吞吐率為l MS／s。內(nèi)部提供4．096 V的參考電壓，模擬信號輸入，全輸入差分范圍為±4．096 V。TMS320F28335型單精度浮點DSP主頻可達150 MHz，內(nèi)核電壓1．9 V，I／O電壓3．3 V；片上帶有256 KB的16位Flash和34 KB的16位SARAM，并有128位安全密碼鑰匙／鎖，保護Flash防止固件反向工程。片上通訊端口豐富，集成有3個SCI串口輸出通道，并帶有16字節(jié)的FIFO，2個多通道McBSP串口，2個增強型CAN，1個SPI總線。還帶有16通道的12位A／D轉(zhuǎn)換器等資源。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 前級調(diào)理電路
    本系統(tǒng)是針對加速度計信號采集而設(shè)計的。由于加速度計傳感器一般輸出的電流信號非常微弱，ADS8482是電壓形式的A／D轉(zhuǎn)換器，因此前級電路需設(shè)計一個電流轉(zhuǎn)換電壓電路。采用運放檢測電流有2種方法：一是利用電流在電阻上的壓降，再進行電壓放大，但該方法所引入的電阻將破壞電路原來的狀態(tài)，造成測量誤差；二是運放的失調(diào)電壓也被運放放大帶入到后級電路。因此這里采用輸入電流直接接入運放的反相輸入的求和點。如圖2所示。

    該電路的誤差主要來自于運放的輸入偏置電流，并和輸入電流Iin相疊加引入后級電路。每一級模擬前端電路都會對已處理的信號增加噪聲和失真，則直接影響到A／D轉(zhuǎn)換器的精度，因此前級電路的運放選用低噪聲，低偏置電壓和低偏置電流的OP200配置設(shè)計。[!--empirenews.page--]
2．2 ADS8482與TMS320F28335接口及外圍電路
    由于加速度計電流信號帶有極性，采用ADS8482采集正負信號需要配置設(shè)計輸入的模擬電壓信號。由于ADS8482的+IN和-IN引腳接收的輸入電壓為0～4．096 V，不能輸入負電壓，因此選用REF3020參考電壓器件，其輸出的2．048 V輸入至-IN引腳，此參考電壓也為TMS320F28335片上A／D轉(zhuǎn)換器提供參考電壓基準。具體電路如圖3所示，電容C38用于濾除高頻噪音，以提高信噪比，ADRFIN為2．048 V。模擬信號輸入與數(shù)字量輸出的關(guān)系是：引腳+IN和-IN的電壓差在-Vref～+Vref范圍內(nèi)，對應(yīng)的數(shù)字量在-131 073～13l 072。

    A／D轉(zhuǎn)換器ADS8482采用+5 V的模擬電源(+VA)和數(shù)字電源(+VDB)。引腳+VDB可直接連接至3 V或5 V電壓系統(tǒng)。而TMS320F28335的I／O電壓為+3．3 V，因此，ADS8482的引腳+VDB必須設(shè)置成3．3 V。該設(shè)計的參考基準電壓引用片上輸出，數(shù)據(jù)總線配置成18位，一次讀操作模式。因此ADS8482的BUSl8／16，BYTE引腳由CPLD控制，全設(shè)置為O。其具體接口電路如圖4所示。

    TMS320F28335的XZCS6和XRDn讀信號經(jīng)CPLD與門等設(shè)置連接到ADS8482片選信號CS和讀信號RD上，因此0x100000～Ox200000的任意一個地址都可對A／D轉(zhuǎn)換器進行讀操作。ADS8482的啟動轉(zhuǎn)換信號CONVST經(jīng)CPLD配置到DSP的一個I／O引腳，通過軟件程序控制啟動A／D轉(zhuǎn)換器。AD-S8482轉(zhuǎn)換參考電壓利用片上參考電壓輸出作為輸入。將引腳REFOUT連接到運放的正輸入端，設(shè)計一個電壓跟隨環(huán)節(jié)，將輸出電壓直接連接到ADS8482引腳的REFIN上。模擬信號進入A／D采樣端前，用二極管進行保護，防止輸入電壓過大，以免ADS8482損壞。[!--empirenews.page--]

3 軟件程序設(shè)計
    TMS320F28335上電通過檢測A12～A15電平來選擇工作模式，本程序是從片內(nèi)。Flash啟動，因此在CPLD中將這些I／O接口設(shè)置為高電平。上電后先裝載，把Flash中的程序搬移到片內(nèi)低16 KB RAM中運行。主程序完成數(shù)據(jù)讀取和處理運算，并將處理后的數(shù)據(jù)用TMS320F28335片上自帶的一路串口按4 ms輸出至PC機，波特率配置成115．2 Kb／s，并使能串口16字節(jié)的FIFO。圖5為程序主流程。

    利用TYMS320F28335中的定時器TO，完成系統(tǒng)4 ms定時和ADS8482定時采數(shù)方式，每50 μs發(fā)生一次定時器中斷。中斷函數(shù)部分采數(shù)代碼如下：

4 結(jié)束語
    本文以ADS8482型A／D轉(zhuǎn)換器與TMS320F28335在加速度信號采集中應(yīng)用為基礎(chǔ)，詳細討論ADS8482與TMS320F28335的接口設(shè)計和工作原理，并提供該系統(tǒng)設(shè)計的部分硬件設(shè)計和軟件代碼。該設(shè)計方案也可用于其他高速數(shù)據(jù)采集，以及微弱信號檢測信號等場合。