ADS1278在高精度数据采集系统中的应用.pdf

第1 7 卷V 0 1 1 7第4 期N o 4电子设计工程E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r i n g2 0 0 9 年4 月A p r 2 0 0 9A D S l 2 7 8 在高精度数据采集系统中的应用朱康生1。洪赢政2 黄斌1(1 西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安7 1 0 0 7 1；2 公安部上海消防研究所上海2 0 0 4 4 2)摘要：介绍了一种j F 8 用模数转换器A D S l 2 7 8 和T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 型D S P 构成的高精度数据采集系统与普通的数据采集系统相比该数据采集系统大大提高了采样精度，并实现了严格意义上的多通道同步。关词：A D S l 2 7 8；多通道；教据采集；T M S 3 2 0 F 2 8 1 2中圈分类号：T N 7 9文献标识码：A文件编号：1 0 0 6 6 9 7 7(2 0 0 9)0 4 0 0 2 4 0 2A p p l i c a t i o no fh i g l Ip r e c i s i o nA D S l 2 7 8i nd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mZ H UK a n g-s h e n 9 1 H O N GY i n g z h e-s，2 H U A N GB i n l(I S c h o o lo f E l e c t r o n i cE n g i n e e m g,X i d i a nU n i v e r s i t y,X i 研7 1 0 0 7 1 C h i n a；2 S 喇F i r eR e s e a r c hI n s t i t u t e，S h a n g h a 2 0 0 4 4 2，C h i n a)A I m r 曩c t：Ak i n do fh J i s hp r e c i s i o nd a t as a m p l i n gs y s t e mc o m p o s e do fA Dc o n v e r t e rA D S l 2 7 8a n dD S PT M S 3 2 0 F 2 8 1 2i si n t r o d u c e di n t h i sp a p e r C o m p a r e dt oo r d i n a r yd a t as a m p l i n gs y s t e m，t h i ss y s t e md e s i g nc a na c h i e v eh i g h e rp r e c i s i o n,a n ds o l v e dt h ep r o b l e mo fs y n c h r o n i z a t i o nb e t w e e nm u l t i-c h a n n e l s K e yw o r d s：A D S l 2 7 8；m u l t i-c h a n n e l；d a t as a m p l i n g；T M S 3 2 0 F 2 8 1 2信篮弛 丽翟 0 5 12吼78l几ltms32砸0F2812r数据采集技术已广泛应用于信号处理、通信、过程控制、1遥感遥测等领域，常用数据采集板卡的采样精度大多低于1 6I 赫矗i 1l位。因此，这里介绍一种基于A D S l 2 7 8 的高精度数据采集系图1 基于A D S l 2 7 8 的高耪度数据采集系统框图统，其数据精度高达1 8 位，并实现多通道的同步采样。该系限冲击响应(F I R)数字滤波器构成。调制器检测差分输入信统已成功应用于某项且。用于检测陀螺仪输出的模拟电压。号y _ A I N P-A I N N。并与差分参考电压(y 胪y 旷y 唧)相比取得良好效果。较得到一个lS 密度的位流输出，输出的位流经内部数字滤2A D S l 2 7 8 简潞慧嚣君i 三釜釜篇拦釜高位是符弛当输A D S l 2 7 8 t。】是德州仪器(1 1)公司推出的多通道、2 4 位、工人电压(指输入差分电压，即V 矾刊I N P-A I N N)为负时，输出业A I D 转换器。内部集成有多个独立的高阶斩波稳定调制器数据符号位为l；当输出电压为正时，输出数据符号位为O。和n R 数字滤波器，可实现8 通道同步采样，支持高速、高精输出数据D=V d V m。x O X 7 F F F F F。如果输出电压为负时该数度、低功耗、低速4 种工作模式；采样率高达1 2 8K S s u。A D S I值各位应取反加1 最高位再置l。钎g 可通过设置相应的输入，输蹦引脚选择1=作模式，无需寄2 2 工作模式设I存器编程，其数据输出可选帧同步或S P I 串行接1=1，便于连A D S l 2 7 8 允许在速度、精度、功耗方面权衡从而选择最接至D S P、F P G A 及微控制器，可满足要求严格的多通道信号佳的工作模式表l 为A D S l 2 7 8 的丁作模式选择，而模式选采集应用，包括振动分析、医疗监控、声学，动态应变测量及压择是由M O D E 1：o l q l 脚的输入状态确定。力测量设备等。A D S l 2 7 8 转换后的数据输出采用串行接口可采用两种2 1 工作原理接口协议：S P I 协议和帧同步协议。同时也可选择不同的数据图l 为基于A D S l 2 7 8 的高精度数据采集系统框图。输 格式。协议和数据输出格式的选择是由F O R F M A T 2：o lA D S l 2 7 8 是一乏型A D 转换器，主要由8 个独立的A D引脚的输入状态确定，如表2 所列。转换器并行实现8 通道输入信号的数字化，每个A D 转换器对应S P I 和帧同步接口协议转换后的数据或通过独立由先进的6 阶斩波、五调制器，后接低纹波、线性相位的有的D O U T 引脚以并行数据形式(离散模式)移位输出或通过一个共同的引脚D O U T l(T D M 模式)移位输出隅。收稿日期：2 0 0 8 一1 2 一1 6稿件编号：2 0 0 8 1 2 0 5 7作者简介：朱康生(1 9 8 2 一)。男，江苏徐州人，硕士研究生。研究方向：雷达信号处理。一2 4 万方数据朱康生等A D S l 2 7 8 在高精度数据采集系统中的应用裹1 工作模式选择M O D E I：0 J模式选择最高采样率S I s0 0高速模式1 2 8O o oO l高分辩率模式5 27 3 41 0低功耗模式5 27 3 4l l低速模式1 05 4 7裹2 数据输出格式选择F O R M A 2-0 j接 j 协议输出模式数据流格式0 0 0S P IT D M动态0 0 lS P lT D M固定0 1 0S P I离散0 l l帧同步T D M动态1 0 0帧同步T D M固定1 0 1帧同步离散1 1 0调制模式在T I)M 数据输出模式中，多通道输出数据的位置有两种选择，即位置固定和位置动态分配。位置固定时，每个通道输出数据的位置严格按照顺序输出(即使某些通道掉电，也占有一个输出位置)，动态分配时多通道输出数据的位置可根据通道使用情况随机调整，后续通道数据可占有前面掉电不用通道数据的位置。3 应用接口电路3 1 基本差分输入信号接口电路基本差分输入信号接口电路如图2 所示，采用运算放大器O P A l 6 3 2 和R C 构成的低通滤波器对输入信号进行调理，差分运放电源可采用l O 斗F 和O 1 肛的旁路电容佣，该系统设计的差分运算放大器采用5V 单电源供电，既满足系统要求又极大降低运算放大器功耗。运算放大器的放大倍数为岛，腮1 8 可以通过这两个阻值灵活控制M D 转换器量程。由于该加转换器A D S l 2 7 8 的量程为一2 5一+2 5V(参考源为2 5V)，若尺3 I 侬1 8=4，系统量程则为一I O。+1 0V。差分运算放大器一般有V C O M 输入引脚该引脚是电压输入端，其电压值将决定两个输出差分电压的平均值。即，m 和y o 的平均值为V c o u。该系统设计将A D S l 2 7 8 的V C O M 引脚输出电压经射随后，接入O P A l 6 3 2 的V C O M 输入端。3 2 参考源设计H 小。R Q 3 4 占面磊01F 圈些p6-=三!三J v+C I IV 0+R 2 I2 7 n F2 4 9 0V I N+E NV V O-7印删oR 4 s甩54 9 9 Q4 9 9 QC 6 7l+C 22 7 n FR I82 4 9 n-，图2 差分运算放大器连接电路R 3 7嘲一丽。r L c)j 万；T Z=；o 一0 1 F 上0 P A 2 3 5 0VA G N I)G N D图3 参考源设计电路工t-C o 7 4 lpF审 6 N D3 3A D S l 7 勰与T M s 3 加嘲1 2 的接口电路A D S i 2 7 8 转换后的数据输出采用串行接口，可采用两种接口协议：S P I 协议和帧同步协议，同时也可选择不同的数据输出格式，协议和数据输出格式的选择是由F O R F M A T 2：0】引脚的输入状态确定。图4 给出帧同步格式下，时钟和数据的时序关系。其中C L K 的时钟频率应是移位时钟S C L K 频率的次幂(n=0。l，2，)，而C U 的时钟频率应是F S Y N C 帧同步时钟频率的5 1 2 倍。由A D S1 2 7 8 的输出数据格式D 公式可知。参考源y 时电压的稳定性对系统性能有着至关重要的影响。A D S l 7 2 8 的参考源一般选用2 5V。这里选用A D I 公司的2 5V 参考源A D R 4 4 1。该参考源具有极低的噪声，在O I I OH z 的情况下，其电压噪声仅有l 斗，可满足高精度数据采集系统的要求。该参考源设计电路如图3 所示。图4 帧同步格式下时钟和数据的时序图A D S l 2 7 8 与T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 之间采用帧同步串行接口啊。A D S l 2 7 8 帧同步串行接r a 有s c L K，F S Y N C D O U T 等3 个信号。再加C L K 时钟，一共有4 个时钟或数据线接口。T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 的多通道缓冲串口(M c B S P)支持帧同步串行通信格式，M c B S P 有发送和接收两部分组成，(下转第2 8 百)-2 5-m 址0IcVo 叫。童叉瘩兮薹万方数据电子设计工程)2 0 0 9 年第4 期致尤其是对目标板的内存设置，这就要求用户对目标板的存储器非常了解。以避免出现不必要的错误。6 结语T M S 3 2 0 D M 6 4 2 是一款高速数字信号处理器除了其价格低廉、运算速度快、预处理能力强、扩展方便等优点外，还直接提供了视频的输入输出接口，为视频图像处理提供了便利条件。以T M S 3 2 0 D M 6 4 2 为处理核心，设计了一种实时图像处理系统从而实现图像处理功能。除了硬件设计外还给出了一种基于硬件系统和M a t l a b S i m u l i n k 相结合的软件设计，生成相应硬件系统所需要的C 代码实现由仿真到实现的自动化从而简化算法设计和程序开发。因此，该系统设计无论从软件还是硬件都具有设计简单。设计周期短，是图像处理系统的最佳选择方案。图5目标板T M S 3 2 0 D M 6 4 2 的配置经自动编译后加载到目标板并执行代码。此过程可以完全由软件完成。为用户节省大量开发、编程时间闷。5 设计注意事项(1)在器件选型上最好利用标准的元器件尤其是编码器和解码器。编码器最好使用S A A 7 11 5 或T V P 5 1 4 6，可为后续利用M a t l a b 系统仿真时配置元器件提供方便。因为在利用加转换器模块时所选解码器只有S A A 7 1 1 5 和T V P 5 1 4 6 满足要求：(2)D S PC 6 0 0 0 片内无振荡电路，不能用晶体时钟电路；(3)软件安装。除要安装必要的软件包如D D K、R F 5 外，还要注意安装顺序：先安装C C S 软件再安装M a t l a b；参考文献：，【I】纪祥春。乔钢，张小平。等T M S 3 2 0 C 6 0 0 0 系列D S P 的C P U与外设【M】北京：清华大学出版社，2 0 0 8【2 1T e x a sI n s t r u m e n t s T M S 3 2 0 D M“2D a t as h e e t D B l O L 2 0 0 3 h u p：f o c u s t i c o m l i t d s s y m l i n k t m s 3 2 0 d m 6 4 2 p d f【3】严宁，鱼云岐基于T M S 3 2 0 D M 6 4 2 的图像处理系统叨电子设计工程2 0 0 8(2)：3 7 3 8【4】关永。骆力明，李志平，等基于D S P 的视频图象处理系统实验研究【J J 电子器件，2 0 0 7。3 0(2)：6 1 2-6 1 3【5】黄泽利基于T M S 3 2 0 D M 6 4 2 的视频处理系统设计及算法研究【D】成都：电子科技大学，2 0 0 7【6 1 陈永春从M a t l a b S i m u l i n k 模型到代码鲫L M 1 北京：清华(4)在配置目标板时一定要和电路板的实际情况相一大学出版牡。2 0 0 2，g；玉!乒乱g；齐g 奢哆：乱g 夺g 夸吕；乱g 备哆齐多奏 写、g 备g 备箩奢g 蚤g 奢哆备g 备g 备笙备g 畚g 奢g 备笙奢g 奢箩备哆备g 奢g 奢哆夺g 奢g 备哆爷(上接第2 5 页)接收有M C L K R。M F S R，M R x 等3 根数据线，分别是接收数据的移位时钟，数据帧同步时钟。接收数据线。分别连接A D S l 2 7 8 的S C L K，F S Y N C，D O U T3 个信号。A D S l 2 7 8 的C U(引脚是时钟输人端，可连接至D S P 的C L K O U T 引脚，但是C U(O U T 引脚输出时钟频率最小位D S P 系统时钟的1 4 这样就限制了D S P 系统时钟不能过高。为解决该问题将A D S l 2 7 8 的C L K 引脚接到D S P 的G P I O A 7 厂r 2 0 U T引脚，利用事件管理器A 的通用定时器他，以及其比较输出功能，由该引脚生成特定频率的方波，并且频率可灵活改变，既满足彭D 转换器时钟要求，又不对D S P 系统时钟做出限制1 6 I。4 结语A D S l 2 7 8 是基于技术的2 4 位高性能工业模数转换器。可实现8 通道同步采样，可应用于要求严格的多通道信号采集系统。如振动分析、医疗监控、动态应变测量设备等。该系-2 8-统利用A D S l 2 7 8 转换器取得了良好的效果，可以达到至少1 8 位的数据精度。参考文献：【l】T e x a sI n s t r u m e n t sI n c o r p o r a t e d A D S l 2 7 8D a t as h e e t D B I O L 2 0 0 7，h t t p：f o c u s。t i，c o m l i t d s s y m l i n l d a d s l 2 7 8 D d f【2】郑采君采样率为1 9 2k H z 的2 4 位A D 转换器C S 5 3 6 1 原理夏应用叨电子设计工程，2 0 0 4(5)：5 1 5 4【3】T e x a sI n s t r u m e n t sI n c o r p o r a t e d O P A l 6 3 2D a t a s h e e t D B O L 2 0 0 6 h t t p：f o c u s t i c o m l i t d s s y m l i n k o p a l 6 3 2 p d f【4】A n a l o g D e v i c eI n cA D R 4 似D R 4 4 l，A D R 4 4 姒D R 4 4 4，A D R 4 4 5D a t as h e e t E B O L 2 0 0 3 h t t p：1 w w w a n a l o g c o r n s t a t i c i m p o r t-e d f i l e d d a t a _ s h e e t s A D R 4 4 0 _ 4 4 1 _ 4 4 34 4 4 _ 4 4 5 叫【5】苏奎峰吕强。耿庆锋。等T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 原理与开发【M】北京：电子工业出版社。2 0 0 5。f 6】H o n gY i n g-z h e n g；C h e nW e i 1 1 I ed e s i g no fR F I Dt e s t i n ge l l a-n n e lb a s e do nd i r e c td i g i t a ls y n t h e s i sc h i p J c o m m u n i c a t i o n s，c i r c u i t sa n ds y s t e m s，2 0 0 7(7)：1 0 6 7 一1 0 6 9 万方数据ADS1278在高精度数据采集系统中的应用ADS1278在高精度数据采集系统中的应用作者：朱康生，洪赢政，黄斌，ZHU Kang-sheng，HONG Ying-zheng，HUANG Bin作者单位：朱康生,黄斌,ZHU Kang-sheng,HUANG Bin(西安电子科技大学,电子工程学院,陕西,西安,710071)，洪赢政,HONG Ying-zheng(公安部上海消防研究所,上海,200442)刊名：电子设计工程英文刊名：ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING年，卷(期)：2009，17(4)被引用次数：0次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.Texas Instruments Incorporated ADS1278 Data sheet 20072.郑采君 采样率为192 kHz的24位A/D转换器CS5361原理及应用 2004(05)3.Texas Instruments Incorporated OPA1632 Datasheet 20064.Analog Device Inc ADR440/ADR441/ADR443/ADR444/ADR445 Data sheet 20035.苏奎峰.吕强.耿庆锋 TMS320F2812原理与开发 20056.Hong Ying-zheng.Chen Wei The design of RFID testing channel based on direct digital synthesis chip 2007(07)相似文献(2条)相似文献(2条)1.期刊论文 高洁.王亮.马静敏.GAO Jie.WANG Liang.MA Jing-min 基于DSP的多通道高精度信号处理平台的设计-仪表技术与传感器2010,(4)设计了一种基于TMS320VC5509A1的多通道高精度信号处理平台.介绍了系统基本电路设计,完成了TMS320VC5509A与ADS12782的硬件接口设计.该系统实现了八通道信号同步采集,同时具有高性能、低功耗和便携等特点.该平台已经被应用到项目组研制的惯性测量单元产品中.2.期刊论文 王怀秀.朱国维.WANG Huai-xiu.ZHU Guo-wei 24位高性能模数转换器ADS1274/ADSl278及其应用-国外电子元器件2008,(5)介绍了是德州仪器的多通道24位工业模数转换器ADSl274/ADS1278的性能特点、引脚功能、工作原理、数据输出接口,并给出了应用接口电路.本文链接：http:/