基于ADS8364的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在圖像處理、瞬態(tài)信號(hào)檢測(cè)、軟件無(wú)線電、雷達(dá)信號(hào)分析、醫(yī)用成像設(shè)備和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制方面，需要對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，因此，對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中變化的信號(hào)高速A/D采集是十分重要的[1]。本文介紹一種基于TI公司的TMS320F2812 DSP芯片(以下簡(jiǎn)稱F2812)與A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8364構(gòu)成的同步高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，解決了大型曲面鋼板結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)中傳感器信號(hào)采集的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 系統(tǒng)原理

本采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，由前端的系統(tǒng)(包括電流信號(hào)取樣、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP處理器控制模塊、CAN總線網(wǎng)絡(luò))以及上位機(jī)、PC104機(jī)、上位機(jī)CAN適配器幾部分組成。其中前端系統(tǒng)的核心部分是A/D轉(zhuǎn)換模塊和F2812，A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，A/D接收控制芯片F(xiàn)2812指令，設(shè)定A/D轉(zhuǎn)換部分的采樣率，控制A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。數(shù)據(jù)就緒后,通過(guò)ADS8364的EOC信號(hào)通知F2812，由F2812將數(shù)據(jù)讀出并且進(jìn)行計(jì)算處理。DSP通過(guò)控制CPLD在合適的時(shí)候采樣并讀取采樣數(shù)據(jù)，在空閑的時(shí)候做數(shù)據(jù)處理。

系統(tǒng)主要完成的任務(wù)為：DSP接收上位機(jī)通過(guò)CAN總線上發(fā)送的命令，完成系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)置，并通過(guò)模擬地址/數(shù)據(jù)總線與CPLD進(jìn)行通信，向CPLD發(fā)送控制命令；對(duì)外部的多路模擬量輸入進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，在CPLD控制下進(jìn)行單通道A/D轉(zhuǎn)換，將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在1片F(xiàn)lash芯片中，并經(jīng)過(guò)CAN總線實(shí)時(shí)傳送給上位PC104主機(jī)。

2 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件包括信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP 處理器模塊、CPLD 邏輯控制模塊以及CAN總線通信模塊。DSP、CPLD、ADS8364之間的接口設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.1 信號(hào)調(diào)理模塊的設(shè)計(jì)[1]

激光位移傳感器輸出的模擬量電流輸入信號(hào)的范圍為4～20 mA。ADS8364待轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍應(yīng)保持在AGND-0.3 V和AVDD+0.3 V之間。通過(guò)1個(gè)250 Ω精密取樣電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為1～5 V電壓信號(hào)。通過(guò)運(yùn)放跟隨電路提高輸入阻抗，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。電路中取樣電阻非常關(guān)鍵，它們影響著輸入信號(hào)的變換精度，因此必須采用溫漂較小的精密電阻。

2.2 DSP處理器與A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

本采集系統(tǒng)要求對(duì)激光位移傳感器的模擬信號(hào)進(jìn)行采集，鑒于測(cè)量精度要求較高，選擇TI公司的高精度ADS8364作為A/D轉(zhuǎn)換芯片，它是TI公司新推出的高速、低功耗、6通道同步采樣16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用+5 V工作電壓，最大采樣吞吐率可高達(dá)5 MHz; 帶有80 dB共模抑制的全差分輸入通道以及6個(gè)4 s連續(xù)近似的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、6個(gè)差分采樣放大器；片上還帶有+2.5 V參考電壓以及高速并行接口。

DSP主要負(fù)責(zé)通過(guò)CAN總線與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)、以地址/數(shù)據(jù)總線的方式與CPLD 通信, 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集的控制以及對(duì)采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行前端數(shù)字信號(hào)處理(數(shù)字低通濾波)。這里選用TI公司的32位定點(diǎn)DSP TMS320F2812芯片,它采用1.8 V 的內(nèi)核電壓, 具有3.3 V 的外圍接口電壓,最高頻率150 MHz,片內(nèi)有18 KB的RAM, 128 KB的高速Flash[2]。

作者：王 霞 李淑民 裴 培 李培正 來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用