LTC1290及其在织机经纱张力采集中的应用

    摘要：详细介绍了数据采集芯片LTC1290的内部结构、引脚功能及工作时序。给出了LTC1290采集参数的设置方法。并以实际应用为例，给出了它与微处理器MC68331的接口电路以及经纱张力数据采集流程图。

    关键词：LTC1290；数据采集；MC68331

数据采集是计算机实时控制系统不可缺少的部分，它直接关系到控制的精度。本文介绍的ＬＴＣ１２９０是ＬＴ公司的一款串行数据采集芯片，它具有分辨率高、与ＭＣＵ接口简单、通信参数设置方便等特点。由该芯片与ＭＣ６８３３１微处理器组成的某型箭杆织机经纱张力采集系统具有极高的采集精度，可为经纱张力的精密控制提供可靠保障。

１ LTC1290简介

ＬＴＣ１２９０是串行数据采集芯片，内部集成了采样保持器和１２位逐次逼近式模数转换器。它有八个输入通道，可以编程为单端或差动式输入。单端模式下可以共享一个片内采集保持器。空闲模式下可编程为省电模式。其串行口与工业标准串行口兼容，转换结果可以方便的编程为高位在前或者是低位在前，也可以编程为八位、十二位或者十六位输出，这就使得它可以方便地与移位寄存器和多种处理器进行连接。图１是ＬＴＣ１２９０的内部功能框图及外部引脚。

ＬＴＣ１２９０主要包括模拟输入通道、采样保持、１２位模数转换以及转换控制等部分。其中多路模拟输入单元用于接收外部八路模拟输入，并可根据输入控制命令选择输入模式及所采集的数据通道；采样保持器完成对所选模拟信号的采样与保持以便进行数模转换；数模转换器将采集的模拟信号转换成数字信号；控制及时钟单元控制片选及时钟转换等。

图2

２　引脚说明

ＣＳ：片选端，该端置低将启动数据传输；

ＣＨ０～ＣＨ９：模拟信号输入端；

ＣＯＭ：输入信号公共端；

ＤＧＮＤ和ＡＧＮＤ：数字地和模拟地；

ＶＣＣ和Ｖ－：正负供电端；

ＲＥＦ－和ＲＥＦ＋：分别为标准参考正负电源端；

ＤＩＮ：控制命令输入端，用于设置采集参数；

ＳＣＬＫ：串行移位时钟，用于控制输入和输出数据；

ＡＣＬＫ：模数转换脉冲，用于控制模数转换；

ＤＯＵＴ：转换数据输出端。

３ LTC1290的工作过程

ＬＴＣ１２９０采用同步、全双工、四线方式与微处理器进行串行通信，具体时序如图２所示。当移位时钟与移位数据寄存器同步时，系统将在ＳＣＬＫ的下降沿发送数据，并在ＳＣＬＫ的上升沿捕获数据。发送数据和接受数据同时进行（全双工）。在片选端ＣＳ下降沿启动数据传输后，微处理器将通过串行输出发出采集参数控制命令字节到输入移位寄存器。该控制命令字节是下一次待转换的控制参数，而不是当前转换的控制参数。在输入控制命令的同时，当前数据转换结果将通过ＤＯＵＴ端输出。当控制命令字节传输完毕而上次转换输出尚未完成时，ＤＩＮ端数据不影响转换控制。数据交换完毕后启动模数转换，此刻片选端ＣＳ应置为高电平并且在整个转换期间应一直为高。转换结果将在下次数据交换时输出，转换结果要比输入字节延迟一个ＣＳ周期，如图３所示。

    每次数据采集前都要设置采集参数，以向输入移位寄存器写入正确的控制命令字节。控制命令字节为下降沿开始后输入的前八位，可用于设置有关数据采集的参数。八位控制命令字节定义如图４所示。图中前四位用于选定要采集的数据通道以及确定是差动输入还是单端输入。第五位（ＵＮＩ）确定转换是单极还是双极的，该位为逻辑“１”表示单极，否则为双极。第六位用于确定转换结果高低位输出顺序：为“１”时,输出顺序为高位在前，反之低位在前。最后两位（ＷＬ１和ＷＬ０）用来确定当前输出数据的长度或编程为省电方式，具体见表１。

表1 长度位功能定义

４ LTC1290与微处理器的接口

ＬＴＣ１２９０可以与大多数通用微处理器的同步串行接口直接相连，而不需要外接任何电路。如果微处理器没有串行接口，可将它的四根并行线编程为串口与ＬＴＣ１２９０相接。本文以它与ＭＣ６８３３１的接口为例阐述其连接方法及实际应用。

５ LTC1290在织机张力采集中的应用

在织机中，经纱张力是必须严格监测和控制的，否则就可能出现经纱松弛或张力过大而导致断纱、停机、出现稀密纬，从而影响产品质量和效率。可以说张力大小的精密控制是织机性能的关键之一，而张力精密控制的前提是对张力的精密检测。本箭杆织机自从采用ＬＴＣ１２９０和ＭＣ６８３３１构成经纱张力数据采集系统后，采集精度很高（１２位，分辨率达到０.０００３）?控制效果很好。

    ＭＣ６８３３１是摩托罗拉公司的３２位单片机，该单片机功能强大、工作速度高、数据处理能力强，特别是其内部集成了可独立于ＣＰＵ的定时处理单元和队列串行模块，从而减轻了ＣＰＵ的开销，特别适用于实时多任务的处理。其队列式串行外围接口可用于ＭＣ６８３３１与其他外设或者ＭＣＵ之间进行同步串行通信，它有主从两种模式。ＭＣ６８３３１有自己的发送数据ＲＡＭ、接收数据ＲＡＭ以及命令ＲＡＭ。其通信参数设置方便，可以独立于ＣＰＵ运行，一次最多可以传输８到２５６位数据而不需要ＣＰＵ干预。ＭＣ６８３３１与ＬＴＣ１２９０的接口电路如图５所示。

在图５所示电路中，ＬＴＣ１２９０用于采集数据通道送来的经纱张力信号，它采用单端模式，微处理器串行通信采用主机模式。ＭＣ６８３３１通过ＰＣＳ０发出片选控制信号，并通过ＳＣＬＫ发出串行时钟以启动数据的串行传输，从ＭＯＳＩ端将发送数据ＲＡＭ中的采集参数设置命令发送给ＬＴＣ１２９０，同时通过ＭＩＳＯ端将转换结果纳入接收数据ＲＡＭ，以等待ＣＰＵ取走采集数据。数据采集程序流程如图６所示。

６　结束语

ＬＴＣ１２９０数据采集芯片分辨率高?转换速度快，转换参数设置灵活、可与绝大多数微处理器直接连接而不需要任何外部电路，从而给用户带来了极大的方便。笔者在某箭杆织机经纱张力采集系统中使用该芯片后，数据采集准确可靠，完全可满足张力精密控制要求。