信号处理资料

1、姓名：雷素娟班级：应电0803老师: 俞志根信号处理资料1、 概述AD:模数转换，将模拟信号变成数字信号，便于数字设备处理。AD转换器的分类：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。对转换器的线性度、输入输出阻抗匹配和隔离等有一定要求：线性特性。要求转换器的输出信号Y与输入信号X之间具有良好的比例关系，即YKXA，式中K、A为常数。输入阻抗和输出阻抗。转换器输入阻抗和输出阻抗必须与输入端仪表和输出端仪表相匹配，才能获得高的转换精度。隔离特性。输入电路、输出电路与电源电路在直流电位上应彼此隔离，输入、输出电路 F的接地点应分开，以提高抗干扰能力。DA：

2、数模转换，将数字信号转换为模拟信号与外部世界接口。在D/A转换中，要将数字量转换成模拟量，必须先把每一位代码按其“权”的大小转换成相应的模拟量，然后将各分量相加，其总和就是与数字量相应的模拟量，这就是D/A转换的基本原理。D/A转换器的主要组成：基准电压VREFT型（R-2R）电阻网络位切换开关BSi （i=0，1，n-1）运算放大器A输出电压VOUT与输入二进制数D0 Dn-1的关系 VOUT = VREF（D020+ D121+ D222+ + Dn-12n-1）/ 2nDA转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类。大多数DA转换器由电阻阵列和n个

3、电流开关(或电压开关)构成。按数字输入值切换开关，产生比例于输入的电流(或电压)。此外，也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部的。一般说来，由于电流开关的切换误差小，大多采用电流开关型电路，电流开关型电路如果直接输出生成的电流，则为电流输出型DA转换器。此外，电压开关型电路为直接输出电压型DA转换器。二、详细介绍A/D，D/A转换器A/D转换器 现在介绍lonworks技术中Neuron芯片的一种IO应用模式和AD芯片TLC2543的串行接口特性。给出了采用Neuron芯片与AD芯片TLC2543构建的多通道12位模拟数据采集系统的接口硬件实现方法和相关的软件程序。 Lonworks现场总线是

4、美国 Echelon公司于1991年推出的局部操作网络（Local Operating Networks），也称为Lon总线，它适用于现场级的分布式控制系统。Lonworks技术的核心是神经元芯片，它不仅是Lon总线的通信处理器，同时也可以作为采集和控制的通用处理器。将具有串行接口特性的AD芯片TLC2543用于现场总线式智能仪器仪表和工业测控系统中，可以大大简化电路结构和节约IO资源，因此，具有串行接口的AD芯片TLC2543在现代工业控制应用中很有实用价值。 1、接口硬件实现 1、1神经元芯片的神经元接线IO模式Lonworks技术的核心是神经元芯片。神经元芯片主要包含TMPN3150和T

5、MPN3120两大系列，其中TMPN3150支持外部存储器，因而适合于更为复杂的应用；而TMPN3120则不支持外部存储器，它本身带有ROM。本文选用的TMPN3150芯片内含三个微处理器，并集网络通信、应用程序处理和多种IO模式于一体。它与其他设备的互连是通过其内部的11个IO口（IO0IO10）来完成的，这些管脚可以根据不同的外部设备 IO的要求，灵活的配置输入输出方式。神经元芯片的11个IO口有34种预编程设置模式，支持电平、脉冲、频率、编码等各种信号方式，也可以定义为并行IO对象、串行IO对象、直接 IO对象、定时计数器输入对象等。本文仅介绍其中一种IO应用模式，即神经元接线IO模式（

6、Neuronwire IOMode）。神经元接线对象与外围设备实行双工同步数据传输方式，该方式一次最多可以传递255位数据，可以工作在主模式和从模式两种模式下。在主模式时，引脚IO8为神经元芯片移位时钟信号输出端，IO9为串行数据输出端，IO10为串行数据输入端，而脚IO0IO7则可以任选一个作为AD芯片的片选信号线。当神经元芯片输入时钟为10MHz时，输出移位时钟速率可以定为1kbps、10kbps或者20 kbps。在从模式下，引脚IO8为移位时钟输入端，而引脚IO0IO7则不再用作片选信号线。1、2 AD芯片TLC2543的基本特性AD芯片TLC2543是一种12位开关电容逐次逼近式模数

7、转换器，带有SPI（Serial Peripheral Interface）接口。它消除了以往许多AD芯片并行输出、连线复杂的缺点，并在AD转换结果串行输出的同时，可以串行输入下次AD转换位的控制字。TLC2543的管脚如图1所示。它有三个输入控制端：片选（）、 IO时钟（IOclock）以及数据输入端（Data Input），同时还可以通过一个串行的三态输出端与主处理器及其外围串行口进行通讯，以输出转换结果。除了高速的转换功能和通用的控制能力外， TLC2543的片内还具有14通道多路器，可以选择11个模拟输入通道（AIN0AIN10）或3个内部自测电压（selftest）中的一个。转换结束

8、时，EOC输出端变高，指示转换完成。TLC2543可以用控制字选择输出数据长度、输出数据顺序和输出数据格式（单极性或双极性）。在此笔者简单介绍一下AD转换位控制字的内容。TLC2543的控制字位长为8位，其中D0控制位用来表示转换结果的二进制数据格式，当 D0置0时，转换结果为单极性（无符号二进制）数据，当D0置1时，转换结果为双极性（有符号二进制）数据；D1位用于选择转换后的数据是先输出MSB，还是先输出LSB，当D1置0时，先输出MSB，而当D1置1时，先输出LSB；D3D2用于选择数据长度，可以选择8位、12位、16位。其实内部的转换结果总长为12位，当选择8位数据长度传送时，内部的4个

9、LSB被截去以提供更快的单字节传送。当选择12位数据长度传送时，所有的数据位都被传送。当选择16位数据长度时，4个LSB填充位将被补充到内部转换结果中。在LSB导前方式下，4个前导零被输出。而在MSB导前方式下，最后四个输出为零。 TLC2543的高四位（D7D6D5D4）用于选择模拟输入通道地址，其通道选择如表1所列，自测电压的选择如表2所列。图2所示为AD芯片和神经元芯片TMPN3150的接线图。图中的输入通道画了一路 IN1，其余10路输入的接法与IN1一样。当输入为15V电压信号时，跳线J断开，当输入为420mA电流信号时，跳线J短接。1、3 系统软件实现 神经元芯片的编程可采用Neu

10、ro C语言来完成，Neuro C语言以ANSIC为基础，专为神经元芯片而设计，同时增加了通信、时间调度、分布数据对象和IO功能。在读取选定通道的AD转换结果值的子函数时in_in(ioA2D,&adc_info,12)不仅向AD芯片传递adc_info的值（即控制字的值）以决定选取的通道号和其它信息，而且同时将AD的上次转换结果存放入adc_info所指向的存储单元，即adc_info同时表示一个地址信息。这样，在实现了AD转换结果串行输出的同时，可以串行输入下次AD转换位控制字。Neuron C的任务是调度事件驱动（event driven），也就是当一个给定事件发生的条件为真时，

11、与该事件关联的一段代码（成为任务）将被执行。该调度程序允许编程者定义事件，如输入管脚状态的改变、记时器的溢出等。事件通过when子句来定义。本程序是通过判断定时器T0的溢出事件来执行数据采集任务。2、TI公司的AD转换芯片ADS5422 内部结构图ADS5422是14bit的最高采样频率可达62Msps的高速AD转换芯片，采用单 5V电源供电，在采样频率为10M时其最大动态范围为82dB，最高信噪比达到72dB，其数字量输出可以直接和5V或者33V的CMOS芯片连接，模拟量输入的峰峰值为4V，可以直接输人0545V的模拟量，封装形式为64脚的扁平四方封装。14bit的AD转换适应信号的范围为1

12、0lg（214）dB42dB，基本上可以适应各种应用场合。ADS5422的采样频率的大小由其输人时钟决定，输入时钟的范围可以在16ns1s，输人时钟为16ns时对应采样频率为62MHz，AD可以接受3V或者5V的TTL或者CM0S电平。DSP可以提供该时钟信号，并且可以软件设置输人时钟的各种特征量，包括时钟频率、高电平宽度等，基本上可以满足AD5422对时钟信号的要求。这里确定AD的实际采样频率为60MHz。这样，一秒钟内采样的数据量为50M个，由于DSP系统无法及时处理这些数据，在数据处理之前，必须将这些数据保存起来，使用FO保存1M个数据，也就是20ms内的采样数据，1M个数据采集结束开始

13、信号处理。由于高速AD采样导致信号不稳定，甚至出现错误。将设计多层板，加强布线的合理性，从电路板上尽可能去除干扰；其次提高算法的效率，节省计算时间。D/A转换器1、DAC0832芯片： DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。 DAC0832的主要特性参数如下：* 分辨率为8位；* 电流稳定时间1us；* 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；* 只需在满量程下调整其线性度；* 单一电源供电（+5V+

14、15V）；* 低功耗，200mW。DAC0832结构： * D0D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；* ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；* CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；* WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；* XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；* WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于50

15、0ns）有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。* IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；* IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；* Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；* Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V+15V；* VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10V；* AGND：模拟信号地* DGND：数字信号地DAC0832的工作方式：根据对DAC0832的数据锁

16、存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。2、电压输出型（如TLC5620）4通道8位电压输出D/A转换器。 5V单电源串行接口高阻抗的基准输入可编程实现1至2倍的输出范围设备可同时进行更新内置上电复位低功耗半缓冲输出应用可编程电源可数字控制的放大器和衰减器移动通信自动测试设备过程监控信号合成 TLC5620C和TLC5620I是带有高阻抗缓冲输入的4通道8位电源输出数模转换器集合。这些转换器可以产生单调的、1至两倍于基准电压和接地电压差值的输出。通常情况下TLC5620的供电电压为一个5V电源。器件内集成上电复位功能，确保启动时的环境

17、是可重复的。 对TLC5620C和TLC5620I的数字控制是通过一根简单的3路串行总线实现的。该总线兼容CMOS，并易于向所有的微处理器和微控制器设备提供接口。11位的命令字包括8位数据位，2位DAC选择位和1位范围位，后者用来选择输出范围是1倍还是2倍。DAC寄存器采用双缓存，允许一整套新值被写入设备中。通过LDAC实现DAC输出值的同时更新。数字量的输入采用史密斯触发器，从而避免了高噪声。 引脚输入/输出描述名称序号CLK7I串行接口时钟。引脚出现下降沿时将输入的数字量转发到串行接口寄存器里DACA12ODAC A模拟信号输出DACB11ODAC B模拟信号输出DACC10ODAC C模拟信号输出DACD9ODAC D模拟信号输出DATA6I存放数字量的串行接口GND1I地回路及参考终端LDAC13I加载DAC。当引脚出现高电平时，即使有数字量被读入串行口也不会对DAC的输出进行更新。只有当引脚从高电平变为低电平时，DAC输出才更新。LOAD8I串口加载控制。当LDAC是低电平，并且LOAD引脚出现下降沿时数字量被保存到锁存器，随后输出端产生模拟电压。REFA2I输入到DAC A的参考电压。这个电压定义了输出模拟量的范围。REFB3I输入到DAC B的参考电压。这个电压定义了输出模拟量的范围。REFC4I输入到