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1 引言

在计算机检测系统中,由模拟信号到数字信号的转换,是由数据采集系统来完成的。数据采集系统(Data Acquisition ,简称DAS)它是外部被测模拟信号进入测量系统的前置通道,有时也称预处理系统,是对输入的模拟信号进行长时间的数字化测量,从而获得大量数据以便进一步分析与处理的电路。在数据采集系统中,A/D转换器是一个非常重要的环节,它直接关系到测量的精度、分辨力、转换速度。

本文采用美国TI公司生产的TMS320C2000系列的控制器作为控制芯片,TMS320C2000系列是TI公司继第二代定点DSP处理器和第三代定点DSPTMS320C5X之后出现的一种底价格、高性能的定点DSP芯片。器件内部集成了一个10位的模数转换器ADC。该模块能够对16个模拟输入信号进行采样/保持和A/D转换。但实际的测试需求是千变万化的,利用DSP现有的A/D模块往往不能解决所有问题。本文在现有功能模块的基础上,采用了美国公司生产的8路高速并行A/D芯片,对其A/D转换功能进行了进一步的扩展,从而在实际的测试环境中能够更好的适应各种层次的测试需求。

2 8路高速并行A/D采样芯片

芯片是一种高速多通道模数转换器,它具有并行采样/保持(T/H)功能,从而可消除输入通道采样的时间差。有8路模拟输入通道,每一路通道都有它的采样/保持模块(T/H),各路采样保持模块同步采样。每路通道A/D转换时间为3.6us,结果保存在内部的8×8RAM寄存器中。MAX155还可以提供一路2.5V的参考输出电压。也可以对MAX155编程使其进入低功耗模式。

当采用+5V供电电压单独供电时,MAX155可以输入单极性或者双极性单终端或者差分输入信号。对于需要更大动态范围或者电平在地电平上下变动的输入信号,MAX155的VSS供电电源输入端应该接-5V。

向WR引脚输出一个负脉冲可启动转换,通过向RD引脚发送负脉冲可以读取保存在RAM里的转换结果,数据的输入和输出可通过MAX155的双向数据口来实现,也可以通过硬件连接的方式使芯片仅工作在输出方式。

2.1 系统的硬件构架

在如图1所示的系统硬件组成电路中,8路模拟信号输入MAX155的模拟输入端口AIN0~AIN7,可以通过对MAX155编程来决定同时采样哪几路信号,也可以通过编程配置为差分双极性、差分单极性、单终端双极性及单终端单极性等典型输入方式。在这里对MAX155芯片的配置是通过DSP向MAX155数据端口写入数据来实现。由于2407的数据线有16位,而MAX155仅有8位数据线,故选用2407的低8位数据线作为数据输出线。转换结束后,A/D转换的结果保存在芯片内部的一个8×8位的RAM中,通过向MAX155的RD管脚发送负脉冲,DSP控制器可依次读取保存在RAM中的转换结果。图中CS为MAX155片选信号,由DSP的地址输出引脚信号A0和外部空间选通引脚信号IS共同决定。另外,MAX155还需外接一路频率为5M的时钟输入信号,这可以由DSP的CLKOUT端提供。采样数据读入到DSP后,可以通过DSP内部集成的SCI(串行通信接口)模块,通过串口将数据发送到上位机。上位机一般采用PC机,这样,利用PC机强大的功能,可以对输入数据进行各种处理如保存、显示、打印或者计算等等,也可以利用计算输出的结果进一步对外围设备进行控制。

图1

2.2系统的软件组成

MAX155为可编程A/D转换芯片,在实现A/D转换前必须对其进行配置,其配置寄存器各位的定义如表一所示:

表一

MAX155典型的工作过程如下:

⑴通过向配置寄存器输入数据对各通道进行转换前配置,配置方法可参看表一。

⑵向MAX155芯片发送WR脉冲,启动所有已配置通道进行采样(此时应置INH=0),转换开始时,Busy线电平变低,转换结果保存在RAM中,当Busy线走高时转换结束,转换结果保存在RAM中。

⑶置INH位为1,2407发送的每一个读脉冲将从RAM中读取一路转换结果。当循环读取所有的转换结果后,下一个读信号将又从最低配置通道开始读取。

⑷要使用先前的配置启动一个新的转换,可重复2和3步。

在本系统中,我们对各通道的配置情况为:

通道(1、0): 差分,双极性;

通道2 : 单终端,单极性;

通道3 : 单终端,双极性;

通道4 : 单终端,双极性;

通道5 : 单终端,单极性;

通道(6、7): 差分,双极性。

相应的配置程序如下:

*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,最后一条语句置INH为0,启动8路进行并行A/D转换。转换结束后,通过RD信号可依次读取转换结果,相应的程序如下:

inport(,&INDATA[0]);

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

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

inport(,&INDATA[3]);

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

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

这里,转换结果保存在INDATA[0]到INDATA[5]的变量中。通过串口,可将INDATA[0]到INDATA[5]中保存的数据发送到上位机进行进一步的处理。

3 结束语

本文采用的MAX155芯片,具有采样速度快,功耗低,通过编程可工作于多种工作模式和电源管理模式等特点,使其应用变得很方便。该文讨论了应用MAX155芯片对TMS320LF2407的A/D采样功能进行了扩展,使其既能进行串行A/D采样,也可以满足多路并行A/D采样的需要,从而在很大程度上扩展了其应用范围。实验结果显示,本系统硬、软件构架合理,系统运行良好。

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