基于ADSl274的可控式高精度数据采集系统设计

1、基于ADSl274的可控式高精度数据采集系统设计技术分类： 模拟设计  微处理器与DSP  | 2009-01-19 赵亚星 栾军英 姜航昌1 引言便携式振动测试分析仪凭借其轻巧方便，适用范围广，灵活性高，测量对象多的特点。在旋转振动信号采集领域取得了广泛应用。传统振动侧试仪采用8位或16位单片机作为其控制器，用加速度传感器或其他传感器采集振动物理信号，并通过模拟调理电路和数字调理电路将该信号进行数字式量化，然后利用处理器对数据进行时域和频域分析。但它的总体性能较差，主要表现：MCU功能弱；工作模式简单；灵活性比较差；采样精度低；功耗较高。对此采用TMS320VC5502高

2、性能数字信号处理器(DSP和ADSl274高精度一结构AD转换器，构建了一个工作模式可控的高精度数据采集系统。该系统具有高精度多通道同步采样和工作模式动态选择等功能，用户可根据需要合理选择系统的工作模式，使测试需求与系统功耗达到最佳配比。2 器件选型21 TMS320VC5502简介TMS320vc5502是一款高性能的DSP。可以提供具有300 MHz双MAC的强大性能，可实现高速、大容量数字信号处理，现已广泛用于嵌入式电信设备、消费类音频、医疗、生物辨识和工业传感器等领域。TMS320VC5502既提供了168位加强型主机接口(HPI，可实现双处理器间的数据通讯功能；提供32位外部存储器接

3、口(EMIF，以实现与廉价的SDRAM、SBRAM、异步RAM和Flash存储器的无缝连接，便于外部存储器扩展；具有3个McBSP和6通道DMA，可支持128通道100 Mhs的内外部数据传输。22 ADSl274简介ADSl274是一款高精度AD转换器，具有24位精度是一种宽动态范围的新型A/D转换器，可实现4通道同步数据采集。ADSl274具有62 kHz的带宽，最高采样频率可达128KSs。主要特性包括：采用差动输入方式，所以输入端可直接与传感器或微小的电压信号相连；采用一结构，具有宽泛的动态范围和24位无差错编码；采用低噪声增益可编程放大器(PGA，可扩展动态范围，提高分辨率；内部采用

4、三阶数字滤波器，可滤除电源波纹和其他干扰；采用多种内部自校正技术，用于校正失调电压，校准满刻度误差；提供SPI或FRAME-SYNC接口；提供高速、高分辨率、低功耗和低速4种工作模式可以供用户选择；采用独立供电，+5 V模拟电源，18 V数字电源，183.3 V的I0电源。ADSl274采用HTOFP一64封装。3 系统硬件设计31 系统总体设计该系统需要实现对旋转机械信号进行多通道实时数据采集、预处理以及与上位机之间的数据传输等功能。该系统采用TMS320VC5502作为主控制器件，片上资源丰富，可提供全双工缓冲串口以及多路I0接口。系统通过缓冲串口与AD转换器通讯并通过两路IO接口实现对A

5、D转换器工作模式的控制通过DSP的增强型HPI接口实现采集数据与上位机的数据传输其传输速度高达100 Mbs。TMS320VC一5502能高效地实现系统初始化、外围器件和HPI通讯接口的配置，并根据上位机ARM控制器传送来的主机命令，实时采集和处理数据最后将处理后的数据包传输给上位机显示、存储和高级处理。32 TMS320VC5502与ADSl274的接口电路ADSl274提供SPI或FRAMESYNC接口，可方便地实现与处理器的连接。该系统通过TMS320VC5502的多通道缓冲串口(McBSP与ADSl274数据传输。TMS320VC5502与ADSl274的电路连接如图1所示。34 电源

6、模块TMS320VC5502需提供+33 V(I/O电源和126 V(DSP核电源两种不同的供电电源，而ADSl274需对10VDD(+33V、AVDD(+5 V、DVDD(+18 V分别供电，凶此系统设计需要电源模块电路，以保证系统正常工作。这里，选用TI公司的专用电源转换器设计电源电路模块，如图3所示。点击看原图35 ADSl274工作模式由于一结构的AD转换器由于采用过抽样理论，允许牺牲速度换取高精度或牺牲精度获取高采样频率，因此通过对过抽样率的调整来控制采样频率和采样精度，以满足不同信号的采样需求。ADSl274可提供高速、高分辨率、低功耗和低速4种操作模式供用户选择，也可通过配置MO

7、DE1：0引脚信号实现模式控制。将ADSl274的模式选择引脚MODE1：0连接到DSP巾的通用I/0端GPI03和GPI05引脚来选择4种模式。在数据采集系统初始化阶段，通过设置使DSP从GPI-03、GPIO5输出相应的模式选择信号，从而实现模式选择的可控性。同时，通过DSP的定时器给ADSl274输出时钟，从而更精确地控制4个通道的同步采样频率。36 数据通讯接口ADl274的数据输出接口基于SPI和Frame一Sync两种协议，通过控制FORMAT2：0引脚来配置数据输出模式。该系统设计通过DSP的缓冲串口与AD转换器数据传输。通过将FORMAT2：03个引脚置低，而将数据接口配置为S

8、PI协议的TDM模式。4 系统软件设计系统软件设计主要包括TMS320VC5502串口和ADSl274初始化、DSP主程序、驱动程序和应用程序。DSP通过对McBSP复位并配置McBSP寄存器，完成串口初始化。ADSl274的初始化是通过配置控制寄存器而使数据、寄存器地址和配置信息在同一串口传输，ADSl274采用SPI和FRAME-SYNC通信模式，数据由DOUT读出，然后通过McBSP串口将数据传输给DSP进行数据处理。系统软件函数主要包括mcbsp0_init，start_timerO，inter-rupt_init，CSL_init(，PLL_setFreq等。通过配置GPT和GPI0及系统中断来控制两个I0端口的输出，以实现对ADSl274工作模式的控制。 5 结语在开发以ARM_DSP双核架构为基础的便携式数据采集仪中，为解决系统数据采集精度、速度和功耗问题，构建了一种模式可控的高精度数据采集系统。该系统采用高性能DSP作为主控制器，动态控制AD转换器的工作模式增强了嵌入式系统的应用灵活性和通用性，使用户可以根据任务灵活选择A/D转换器的工作模式，以使系统工作在最佳的功耗和性能配比下。该系统设计打破了以往AD转换器固定工作模式的设计理念，为构