《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于AD7862和dsPIC30F的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
摘要: 為提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集精度和轉(zhuǎn)換速度,設(shè)計(jì)基于AD7862和dstPIC30F6010A的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),詳細(xì)介紹AD7862和dsPIC30F6010A的特點(diǎn)和性能;并介紹該系統(tǒng)硬件部分和軟件部分,實(shí)踐證明,該系統(tǒng)取得很好的效果。本系統(tǒng)還采用SD卡作為存儲器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲功能。
關(guān)鍵詞: DSP AD7862 dsPIC30F SD卡
Abstract:
Key words :

      在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就像控制系統(tǒng)的“眼睛”和“耳朵”一樣,成為控制系統(tǒng)不可或缺的重要部分。它是各種控制系統(tǒng)獲取信息的一種重要途徑。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度和實(shí)時性對于整個控制系統(tǒng)的性能至關(guān)重要,所以必須合理設(shè)計(jì)使其能提供預(yù)期的采樣速度、達(dá)到一定的轉(zhuǎn)換精度,并應(yīng)該做到電路簡單、抗干擾性能強(qiáng)。本采集系統(tǒng)采用ADI公司生產(chǎn)的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7862,它是一款高速、低功耗、雙核12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。能夠滿足系統(tǒng)對采樣精度和采樣速度的要求??刂破骷捎?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/dsP" title="dsP" target="_blank">dsPIC30F6010A數(shù)字信號控制芯片,它是Microchip公司生產(chǎn)的高性能16位數(shù)字信號控制器,內(nèi)核包含一個DSP引擎,從而能夠顯著增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)算和吞吐能力。

    在某些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,不僅對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度和實(shí)時性提出要求,而且要求其具有數(shù)據(jù)存儲功能,為了實(shí)現(xiàn)存儲功能,本系統(tǒng)使用SD卡。SD卡(Seeure Digital Memory Card)為安全數(shù)碼卡,是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備,它具有存儲容量大,速度快等特點(diǎn),被廣泛用于便攜式裝置上。

1      AD7862簡介

        AD7862是一款高速、低功耗、雙核12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),采用+5 V單電源供電。該器件內(nèi)置2個4μs逐次逼近型ADC、2個采樣保持放大器、1個+2.5 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源和1個高速并行接口。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖l所示。

 

        由于AD7862內(nèi)置2個ADC和2個采樣保持放大器,可以對2路模擬輸入信號進(jìn)行同時采樣和轉(zhuǎn)換,從而保留這兩個模擬輸入信號的相對相位信息。這一功能適用在逆變器采集系統(tǒng)中。它共有4個模擬輸入,分成2個通道(A和B),通過AO輸入選擇通道。每個通道的2個輸入(VA1與VA2或VB1與VB2)使用不同的ADC和采樣保持放大器可同時進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換。該器件可接收的模擬輸入范圍為±10 V(AD7862~10)、±2.5 V(AD7862-3)和O~2.5 V(AD7862-2)。本系統(tǒng)采用AD7862-10。模擬輸入均具有過壓保護(hù),允許輸入電壓分別達(dá)到±17 V、±7 V或+7 V而不會造成損壞。

        轉(zhuǎn)換開始信號低電平有效,同時將2個采樣保持放大器置于保持狀態(tài),并啟動兩個輸入轉(zhuǎn)換操作。轉(zhuǎn)換開始后,置BUSY信號為高電平,表示轉(zhuǎn)換還未結(jié)束,當(dāng)再次回到低電平時,表示轉(zhuǎn)換結(jié)束,此時便可讀取2個通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。實(shí)際應(yīng)用中,先置為低電平一段時間,然后檢測BUSY信號,當(dāng)為低電平時,就開始讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。轉(zhuǎn)換結(jié)束后的第一次讀取操作訪問VA1或VB1的結(jié)果,而第二次讀取操作訪問VA2或VB2的結(jié)果,具體取決于多路復(fù)用器選擇AO是低電平還是高電平。AO為低電平時,讀取VA1或VA2;A0為高電平時,讀取VB2或VB2。該器件的時序如圖2所示。

2      dsPIC30F6010A簡介

        16位dsPIC30F6010A數(shù)字信號控制器是16位處理器系列。它是dsPIC30F電機(jī)控制和電源轉(zhuǎn)換系列,用于支持電機(jī)控制應(yīng)用,也適用于不間斷電源、逆變器、開關(guān)電源及相關(guān)設(shè)備。

        內(nèi)部有144 KB片上閃存程序空間,8 KB片上數(shù)據(jù)RAM,4 KB非易失性數(shù)據(jù)EEPROM:工作速度最高可達(dá)30MI/s;5個16位定時器/計(jì)數(shù)器;可選擇將16位定時器配對組成32位定時器模塊;16位捕捉輸入功能;8個PWM輸出通道:具有互補(bǔ)或獨(dú)立輸出模式、邊沿對齊模式和中心對齊模式,4個占空比發(fā)生器、互補(bǔ)模式的死區(qū)時間控制:2個UART、2個SPI、1個I2C總線和2個CAN總線:最大I/O引腳數(shù)為68個。

        dsPIC30F601OA處理器采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu),具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)存儲器總線。在執(zhí)行訪問數(shù)據(jù)RAM當(dāng)前指令的同時可從程序存儲器中預(yù)取下一條指令,這就加快了處理速度。數(shù)據(jù)空間為64 KB,大多數(shù)指令將其看作一個線性地址空間。當(dāng)使用某些DSP指令,如DSP乘法指令時,該存儲空間被分成2塊,分別稱為X和Y數(shù)據(jù)空間。因此,這些DSP指令支持雙操作數(shù)讀操作,即,同一條指令可同時從X存儲空間和Y存儲空間中取數(shù)據(jù)。

3      系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        本采樣系統(tǒng)主要分為硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì)。硬件部分是以dsPIC30F601OA為控制和處理核心,去控制AD7862和SD卡來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高精度、實(shí)時采集和實(shí)時存儲。信號的高精度和實(shí)時模數(shù)轉(zhuǎn)換由AD7862來實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)的存儲由控制器通過SPI接口訪問SD卡來實(shí)現(xiàn)。軟件部分主要由控制器I/O引腳的初始化、模數(shù)轉(zhuǎn)換開始控制、數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)存儲等部分組成。

3.1      硬件部分實(shí)現(xiàn)

       數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以16位dsPIC30F6010A數(shù)字信號控制器作為系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理核心,產(chǎn)生控制信號控制AD7862實(shí)現(xiàn)高精度的實(shí)時數(shù)據(jù)采集。AD7862共需4個控制信號,分別為、AO、和。為轉(zhuǎn)換開始控制信號,A0為讀取通道選擇控制信號,它控制該通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和讀取其A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。為片選信號,低電平有效,在本系統(tǒng)中使其直接與地相連。為讀控制信號,低電平有效,當(dāng)為低電平時可以按順序讀取VA1、VA2或VBl、VB2上的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過以上分析共需3個控制信號,即dsPIC230F6010A的I/O接口RB8、RB9和RBl0,通過軟件產(chǎn)生。

AD7862還產(chǎn)生BUSY信號,通過它告知控制器A/D轉(zhuǎn)換完成,可以讀取結(jié)果。dsPIC30F6010A的中斷控制器支持5種外部中斷請求信號:IN-T0~I(xiàn)NT4。這些輸入是邊沿敏感的;它們要求一個由低到高或由高到低的跳變以產(chǎn)生一個中斷請求。INTCON2寄存器具有5個位(INTOEP~I(xiàn)N-T4EP),用于選譯邊沿檢測電路的極性。本系統(tǒng)中采用由高到低的跳變產(chǎn)生中斷請求,BLISY控制信號與dsPIC30F60lOA的INTO相連。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果通過dsPIC30F60IOA的I/O口,讀到控制器內(nèi)部。AD7862與控制器的電路連接圖如圖3所示。


3.2      軟件部分實(shí)現(xiàn)

        軟件部分流程如圖5所示,系統(tǒng)啟動后先初始化I/O、SD卡、AD7862和設(shè)置INT0中斷,為A/D采樣和數(shù)據(jù)存儲做準(zhǔn)備。由于AD7862有兩個通道。需對這兩個通道分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,先采樣A通道后采樣B通道,具體是哪個通道由AO決定,也就是控制器的RB8引腳。

 

        數(shù)據(jù)采集過程中要獲知A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束的方法有:

        1)定時 使用定時器,轉(zhuǎn)換開始后過一段時間讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果;

        2)掃描 掃描BUSY引腳,當(dāng)變?yōu)榈碗娖綍r,即可知轉(zhuǎn)換結(jié)束,讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果;

        3)中斷 BUSY作為中斷信號,輸入到INTO中,并設(shè)置為從高到低觸發(fā)中斷,當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后,BUSY信號由高變低,觸發(fā)中斷。

 

        本系統(tǒng)采用第3種方法,即中斷方法。中斷服務(wù)子程序如圖6所示,進(jìn)入中斷服務(wù)子程序后,首先清中斷標(biāo)示,然后分兩次讀取,即Vx1和Vx2(X代表A或B),讀完之后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并存儲到SD卡相應(yīng)位置中,最后置采樣結(jié)束標(biāo)示。

4      結(jié)束語

        數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用dsPIC30F6010A、AD7862和SD卡組成了高性能12位并行數(shù)據(jù)采集及存儲系統(tǒng)。介紹了硬件電路的連接,然后進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐表明,通過對模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的正確使用,完全可以達(dá)到很高的采樣精度,并能滿足系統(tǒng)實(shí)時性的需要。通過外擴(kuò)模擬電路部分,可以用于各種高精度高速的數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)。

 

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