由于計算機的微型化、網(wǎng)絡化、性能價格比的上升和款件功能的日益強大，計算機控制系統(tǒng)幾乎可以出現(xiàn)在任何場合：實時控制、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、信息處理、數(shù)據(jù)庫等。
隨著計算機技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)在的振動數(shù)據(jù)采集主要用微機進行數(shù)字化測試分析。振動測試儀器主要為以徽機為核心智能儀器。數(shù)字化測試的前撮是將傳感器從被測試設備測得的模擬數(shù)據(jù)轉換為數(shù)字化數(shù)據(jù)。因此摸數(shù)轉換的精度、速度將直接決定數(shù)字化測試分析的精度、速度。本文的目的即將一個AD轉換芯片應用于振動測試。
AD7665內(nèi)置一個16位高速采樣ADC，擴大了被測設備的振動頻率范圍。一個電阻器輸入標量(允許多種輸入范圍)，既而易于與多種不同的傳感器配套使用。一個內(nèi)部轉換時鐘、糾錯電路，以及串行和并行系統(tǒng)接口，提高了AD轉換外圍電路設計的靈活性。
該器件具有3種采樣模式：極高采樣速率模式(Warp模式)；快速模式(正常模式)，適用于異步轉換速率應用；低功耗模式(脈沖模式)，適用于低功耗應用，其功耗與吞吐量呈比例關系。3種采樣模式使得系統(tǒng)功耗降至最低。
1 基本原理
逐次比較型A／D轉換器。就是將輸入模擬信號與不同的參考電壓作多次比較，使轉換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對應值。
對圖1的電路，在數(shù)據(jù)采集階段，它由啟動脈沖
啟動后，DAC內(nèi)部電容陣列梭用作采樣電容，并從IN的輸入端得到模擬信號。當數(shù)據(jù)采集完成后，的輸入變?yōu)榈碗娖剑藭r轉換狀態(tài)被啟動。在第1個時鐘脈沖作用下，控制邏輯電路使內(nèi)部時序產(chǎn)生器的最高位置1，其他位置0，其輸出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器將1 000……0，送入DAC。輸入電壓首先與DAC輸出電壓(REF／2)相比較，如IN≥VREF／2，比較器輸出為1，若IN
2 關鍵問題
在AD轉換中時序問題直接決定了AD轉換的成功與否，因此時序問題將是本文解決的第一個問題。另外由于本文采用的是雙極性的輸入，因此在AD7665的應用中應該注意輸入配置，以及編碼問題。
2．1 時序問題
圖2為AD轉換過程時序圖。信號控制AD7665轉換的開始，一旦轉換開始就不能被放棄或重新開始，直到轉換完成。而信號與/CS和/RD互不干擾。
信號是數(shù)字信號，要求有良好的邊緣特性。而SNR是一個臨界值，信號要求有很小的抖動，可采用一個專門的振蕩器來產(chǎn)生信號，或者采用高頻率低抖動的時鐘來產(chǎn)生。
在Impulse模式中，可以自動開啟轉換。當BUSY信號變?yōu)榈碗娖蕉?img alt="公式" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/02/21/19e3400b-a00e-4403-ba4c-13cd29752ac0.jpg" />信號保持低電平時，AD7665控制數(shù)據(jù)采集階段，并自動啟動一個新的轉換。當一直保持低電平時，AD7665將自動保持轉換過程。值得注意的是，當BUSY信號變?yōu)榈碗娖綍r，模擬信號被輸入。同樣，當上電時，被置為低電平以開啟轉換過程。在Impulse模式中，AD7665的轉換速度將比570 kSPS高，而這個特征在Warp和Normal模式中所沒有的。
2．2 輸入配置
AD7665為單(雙)極性輸入模數(shù)轉換器，設計者可根據(jù)實際需要選擇其輸入范圍。AD7665輸入配置如表1所示。
本文采用的輸入電壓范圍為±REF，即INA與REF相連。此時為三通道±REF范圍電壓的AD轉換，輸入阻抗為2．56kΩ。
2．3 編碼問題
由于AD7665為雙極性輸入的AD轉換。在輸入正、負電壓時編碼方式有所差別。數(shù)字輸出碼與模擬輸入關系如表2所示。
AD7665自身可直接輸出標準二進制碼及二進制補碼。因此可根據(jù)實際情況選擇其輸出方式。
2．4 GPRS模塊與服務器應用程序
GPRS模塊采用Siemens公司生產(chǎn)的GPRS／GSM三頻無線通訊模塊MC55i。MC55i集成了高性能GSM／GPRS基帶處理，完整的無線頻率電路包括功率放大器及天線接口，內(nèi)嵌便于連接Internet的可由AT指令驅動的TCP／IP協(xié)議棧，大大節(jié)省了連接到Internet的時間和花費。
當GPRS模塊要向遠程服務器發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先用ATSICS命令創(chuàng)建一個連接類型參數(shù)集，用來決定一個Internet的連接類型；然后以連接類型參數(shù)集為基礎，用ATSISS命令創(chuàng)建一個服務類型參數(shù)集，用指定Intemet服務的類型，也就是Socket，F(xiàn)TP，HTTP，或email服務，SMTP或PO的其中之一；一旦連接參數(shù)集和服務參數(shù)集被創(chuàng)建，就可以用ATSISO打開一個Internet會話，然后等待一個URC串口數(shù)據(jù)的返回；會話完成后可以用ATSISR命令進行讀數(shù)據(jù)，和用ATSISW命令進行寫數(shù)據(jù)；最后用ATSISC(以
遠程服務器在啟動服務端程序后，開始等待GPRS終端請求到達該端口，在接收到服務請求后，要激活一個新的控件(或線程)來處理這個GPRS終端請求。服務完成后，關閉此新進程與GPRS終端的通信鏈路，此時即完成一次GPRS通信。
服務器應用程序主要靠調用API函數(shù)Winsock來完成。其過程為：首先用Socket()創(chuàng)建套接字，然后Bind()本地IP和端口與套接字相連，用Listen()設定監(jiān)聽連接數(shù)，開始用Accept()等待客戶連接，連接成功返回接連序號，再用Recv()、send()根據(jù)上面得的序號進行讀寫操作。讀寫完成后，用Close()關閉連接，Closesocket()刪除套接字，程序結束。
3 實驗環(huán)境
本實驗為采用AD7665模數(shù)轉換完成對一個100Hz的正弦信號進行數(shù)據(jù)采集。如圖3所示，首先由svc-1正弦控制儀輸出一個正弦激勵信號，給功率放大器(PA1200)，去推動振動臺(ES-05電動振動試驗系統(tǒng))產(chǎn)生一個100Hz的正弦振動。通過加速度傳感器把振動臺臺面的正弦振動信號傳到(2635型)電荷放大器，電荷放大器將加速度傳感器的高輸出阻抗轉換為前置放大器的低輸出阻抗，以便同后續(xù)儀器相匹配，同時放大從加速度傳感器輸出的微弱信號，使電荷信號轉換成電壓信號。然后通過AD7665模數(shù)轉換模塊采集1024個振動數(shù)據(jù)，再通過GPRS模塊傳送至PC。
AD7665模數(shù)轉換及GPRS模塊如圖4所示。該模塊功能為：把振動傳感器輸出的模擬信號(雙極性)轉換為16位數(shù)字信號，以便PC進行處理。該電路采用AD7665的并行輸出模式。GPBS模塊為MC55i模塊。
在此實驗中，將INA與REF接+5 V，INB-IND輸入范圍為-5～+5 V，0～+5 V時輸出為0000…0000-0111…1111，即從0～32767，-5～0 V時輸出為1000…0000～1111…1111，即從32768～65535。AD7665完成一次轉換后，BUSY跳變?yōu)榈碗娖綍r將D[0：15]鎖存到74374，51發(fā)出信號啟動轉換的同時，將上次轉換的結果從74374取走。
4 實驗結果
通過實驗將從振動臺測試得到的1 024個振動數(shù)據(jù)在PC上進行分析后，其結果如圖5所示。
由圖5可看出，一些采樣點與實際存在偏差。因為本實驗中的AD7665模數(shù)轉換模塊是在萬能板上的手工制作，其抗干擾能力本身就較差，而且由于數(shù)字線在芯片下方穿過，產(chǎn)生藕合噪聲。如果將本實驗的器件印制在電路板中，則會提高其抗干擾能力，也就降低了測試過程中的誤差。
5 結論
通過本實驗，可以看出AD7665應用于振動測試，其速度、精度都能很好的滿足數(shù)字化振動測試。但在印制電路板過程中應注意其抗干擾的設計：模擬部分和數(shù)字部分應分開在不同的區(qū)域；避免讓數(shù)字線在芯片下方穿過，以避免產(chǎn)生耦合噪聲；電源線要使用盡可能粗的線，以達到低阻抗并能較少短時脈沖對電源的干擾；電壓基準的退耦裝置也是非常重要的，退耦電容應該離ADC盡可能的近，并用短而粗的線連接，以減少寄生電感。