基于TMS320LF2407的A/D并行采集系統(tǒng)

1 引言

在計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中，由模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)完成的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Data Acquisition ，簡(jiǎn)稱DAS）它是外部被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)的前置通道，有時(shí)也稱預(yù)處理系統(tǒng),是對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)字化測(cè)量，從而獲得大量數(shù)據(jù)以便進(jìn)一步分析與處理的電路。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換器是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到測(cè)量的精度、分辨力、轉(zhuǎn)換速度。

本文采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的TMS320C2000系列的控制器作為控制芯片，TMS320C2000系列是TI公司繼第二代定點(diǎn)DSP處理器和第三代定點(diǎn)DSPTMS320C5X之后出現(xiàn)的一種底價(jià)格、高性能的定點(diǎn)DSP芯片。器件內(nèi)部集成了一個(gè)10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。該模塊能夠?qū)?6個(gè)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換。但實(shí)際的測(cè)試需求是千變?nèi)f化的，利用DSP現(xiàn)有的A/D模塊往往不能解決所有問(wèn)題。本文在現(xiàn)有功能模塊的基礎(chǔ)上，采用了美國(guó)公司生產(chǎn)的8路高速并行A/D芯片，對(duì)其A/D轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行了進(jìn)一步的擴(kuò)展，從而在實(shí)際的測(cè)試環(huán)境中能夠更好的適應(yīng)各種層次的測(cè)試需求。

2 8路高速并行A/D采樣芯片

芯片是一種高速多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有并行采樣/保持（T/H）功能，從而可消除輸入通道采樣的時(shí)間差。有8路模擬輸入通道，每一路通道都有它的采樣/保持模塊（T/H），各路采樣保持模塊同步采樣。每路通道A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.6us,結(jié)果保存在內(nèi)部的8×8RAM寄存器中。MAX155還可以提供一路2.5V的參考輸出電壓。也可以對(duì)MAX155編程使其進(jìn)入低功耗模式。

當(dāng)采用＋5V供電電壓?jiǎn)为?dú)供電時(shí)，MAX155可以輸入單極性或者雙極性單終端或者差分輸入信號(hào)。對(duì)于需要更大動(dòng)態(tài)范圍或者電平在地電平上下變動(dòng)的輸入信號(hào)，MAX155的VSS供電電源輸入端應(yīng)該接－5V。

向WR引腳輸出一個(gè)負(fù)脈沖可啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，通過(guò)向RD引腳發(fā)送負(fù)脈沖可以讀取保存在RAM里的轉(zhuǎn)換結(jié)果，數(shù)據(jù)的輸入和輸出可通過(guò)MAX155的雙向數(shù)據(jù)口來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)硬件連接的方式使芯片僅工作在輸出方式。

2.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)架

在如圖1所示的系統(tǒng)硬件組成電路中，8路模擬信號(hào)輸入MAX155的模擬輸入端口AIN0~AIN7，可以通過(guò)對(duì)MAX155編程來(lái)決定同時(shí)采樣哪幾路信號(hào)，也可以通過(guò)編程配置為差分雙極性、差分單極性、單終端雙極性及單終端單極性等典型輸入方式。在這里對(duì)MAX155芯片的配置是通過(guò)DSP向MAX155數(shù)據(jù)端口寫(xiě)入數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于2407的數(shù)據(jù)線有16位，而MAX155僅有8位數(shù)據(jù)線，故選用2407的低8位數(shù)據(jù)線作為數(shù)據(jù)輸出線。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存在芯片內(nèi)部的一個(gè)8×8位的RAM中，通過(guò)向MAX155的RD管腳發(fā)送負(fù)脈沖，DSP控制器可依次讀取保存在RAM中的轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖中CS為MAX155片選信號(hào)，由DSP的地址輸出引腳信號(hào)A0和外部空間選通引腳信號(hào)IS共同決定。另外，MAX155還需外接一路頻率為5M的時(shí)鐘輸入信號(hào)，這可以由DSP的CLKOUT端提供。采樣數(shù)據(jù)讀入到DSP后，可以通過(guò)DSP內(nèi)部集成的SCI（串行通信接口）模塊，通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)一般采用PC機(jī)，這樣，利用PC機(jī)強(qiáng)大的功能，可以對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理如保存、顯示、打印或者計(jì)算等等，也可以利用計(jì)算輸出的結(jié)果進(jìn)一步對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行控制。

圖1

2.2系統(tǒng)的軟件組成

MAX155為可編程A/D轉(zhuǎn)換芯片，在實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換前必須對(duì)其進(jìn)行配置，其配置寄存器各位的定義如表一所示：

表一

MAX155典型的工作過(guò)程如下：

⑴通過(guò)向配置寄存器輸入數(shù)據(jù)對(duì)各通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換前配置，配置方法可參看表一。

⑵向MAX155芯片發(fā)送WR脈沖，啟動(dòng)所有已配置通道進(jìn)行采樣（此時(shí)應(yīng)置INH＝0），轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，Busy線電平變低，轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在RAM中，當(dāng)Busy線走高時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在RAM中。

⑶置INH位為1，2407發(fā)送的每一個(gè)讀脈沖將從RAM中讀取一路轉(zhuǎn)換結(jié)果。當(dāng)循環(huán)讀取所有的轉(zhuǎn)換結(jié)果后，下一個(gè)讀信號(hào)將又從最低配置通道開(kāi)始讀取。

⑷要使用先前的配置啟動(dòng)一個(gè)新的轉(zhuǎn)換，可重復(fù)2和3步。

在本系統(tǒng)中，我們對(duì)各通道的配置情況為：

通道（1、0）： 差分，雙極性；

通道2 ： 單終端，單極性；

通道3 ： 單終端，雙極性；

通道4 ： 單終端，雙極性；

通道5 ： 單終端，單極性；

通道（6、7）： 差分，雙極性。

相應(yīng)的配置程序如下：

*SCSR1=0X0EFE;

WSGR=0X0040；

outport(,0X71);

outport(,0X12);

outport(,0X33);

outport(0X01,0X34);

outport(0X01,0X15);

outport(0X01,0X56);

outport(0X01,0X67);

值得注意的是，最后一條語(yǔ)句置INH為0，啟動(dòng)8路進(jìn)行并行A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，通過(guò)RD信號(hào)可依次讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，相應(yīng)的程序如下：

inport(,&INDATA[0]);

inport(0X01,&INDATA[1]);

inport(0X01,&INDATA[2]);

inport(,&INDATA[3]);

inport(0X01,&INDATA[4]);

inport(0X01,&INDATA[5]);

這里，轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在INDATA[0]到INDATA[5]的變量中。通過(guò)串口，可將INDATA[0]到INDATA[5]中保存的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文采用的MAX155芯片，具有采樣速度快，功耗低，通過(guò)編程可工作于多種工作模式和電源管理模式等特點(diǎn)，使其應(yīng)用變得很方便。該文討論了應(yīng)用MAX155芯片對(duì)TMS320LF2407的A/D采樣功能進(jìn)行了擴(kuò)展，使其既能進(jìn)行串行A/D采樣，也可以滿足多路并行A/D采樣的需要，從而在很大程度上擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本系統(tǒng)硬、軟件構(gòu)架合理，系統(tǒng)運(yùn)行良好。