在计算机检测系统中,由模拟信号到数字信号的转换,是由数据采集系统来完成的。数据采集系统(DataAcquisiTIonSystem,简称 DAS)它是外部被测模拟信号进入测量系统的前置通道,有时也称预处理系统,是对输入的模拟信号进行长时间的数字化测量,从而获得大量数据以便进一步分析与处理的电路。在数据采集系统中,A/D 转换器是一个非常重要的环节,它直接关系到测量的精度、分辨力、转换速度。

 

本文采用美国 TI 公司生产的 TMS320C2000 系列的 TMS320LF2407 控制器作为控制芯片,TMS320C2000 系列是 TI 公司继第二代定点 DSP 处理器和第三代定点 DSPTMS320C5X 之后出现的一种底价格、高性能的定点 DSP 芯片。TMS320LF2407 器件内部集成了一个 10 位的模数转换器 ADC。该模块能够对 16 个模拟输入信号进行采样 / 保持和 A/D 转换。但实际的测试需求是千变万化的,利用 DSP 现有的 A/D 模块往往不能解决所有问题。本文在 TMS320LF2407 现有功能模块的基础上,采用了美国 MAXIM 公司生产的 8 路高速并行 A/D 芯片,对其 A/D 转换功能进行了进一步的扩展,从而在实际的测试环境中能够更好的适应各种层次的测试需求。

 

28 路高速并行 A/D 采样 MAX155 芯片

MAX155 芯片是一种高速多通道模数转换器,它具有并行采样 / 保持(T/H)功能,从而可消除输入通道采样的时间差。MAX155 有 8 路模拟输入通道,每一路通道都有它的采样 / 保持模块(T/H),各路采样保持模块同步采样。每路通道 A/D 转换时间为 3.6us,结果保存在内部的 8×8RAM 寄存器中。MAX155 还可以提供一路 2.5V 的参考输出电压。也可以对 MAX155 编程使其进入低功耗模式。

 

当采用+5V 供电电压单独供电时,MAX155 可以输入单极性或者双极性单终端或者差分输入信号。对于需要更大动态范围或者电平在地电平上下变动的输入信号,MAX155 的 VSS 供电电源输入端应该接-5V。

 

向 WR 引脚输出一个负脉冲可启动转换,通过向 RD 引脚发送负脉冲可以读取保存在 RAM 里的转换结果,数据的输入和输出可通过 MAX155 的双向数据口来实现,也可以通过硬件连接的方式使芯片仅工作在输出方式。

 

2.1 系统的硬件构架

系统硬件组成电路中,8 路模拟信号输入 MAX155 的模拟输入端口 AIN0“AIN7,可以通过对 MAX155 编程来决定同时采样哪几路信号,也可以通过编程配置为差分双极性、差分单极性、单终端双极性及单终端单极性等典型输入方式。在这里对 MAX155 芯片的配置是通过 DSP 向 MAX155 数据端口写入数据来实现。由于 2407 的数据线有 16 位,而 MAX155 仅有 8 位数据线,故选用 2407 的低 8 位数据线作为数据输出线。转换结束后,A/D 转换的结果保存在芯片内部的一个 8×8 位的 RAM 中,通过向 MAX155 的 RD 管脚发送负脉冲,DSP 控制器可依次读取保存在 RAM 中的转换结果。图中 CS 为 MAX155 片选信号,由 DSP 的地址输出引脚信号 A0 和外部空间选通引脚信号 IS 共同决定。另外,MAX155 还需外接一路频率为 5M 的时钟输入信号,这可以由 DSP 的 CLKOUT 端提供。采样数据读入到 DSP 后,可以通过 DSP 内部集成的 SCI(串行通信接口)模块,通过串口将数据发送到上位机。上位机一般采用 PC 机,这样,利用 PC 机强大的功能,可以对输入数据进行各种处理如保存、显示、打印或者计算等等,也可以利用计算输出的结果进一步对外围设备进行控制。

 

 

2.2 系统的软件组成

MAX155 为可编程 A/D 转换芯片,在实现 A/D 转换前必须对其进行配置,其配置寄存器各位的定义如表一所示:

 


MAX155 典型的工作过程如下:

⑴通过向配置寄存器输入数据对各通道进行转换前配置,配置方法可参看表一。

⑵向 MAX155 芯片发送 WR 脉冲,启动所有已配置通道进行采样(此时应置 INH=0),转换开始时,Busy 线电平变低,转换结果保存在 RAM 中,当 Busy 线走高时转换结束,转换结果保存在 RAM 中。

⑶置 INH 位为 1,2407 发送的每一个读脉冲将从 RAM 中读取一路转换结果。当循环读取所有的转换结果后,下一个读信号将又从最低配置通道开始读取。

⑷要使用先前的配置启动一个新的转换,可重复 2 和 3 步。

 

在本系统中,我们对各通道的配置情况为:

通道(1、0):差分,双极性;

通道 2:单终端,单极性;

通道 3:单终端,双极性;

通道 4:单终端,双极性;

通道 5:单终端,单极性;

通道(6、7):差分,双极性。

 

相应的配置程序如下:

*SCSR1=0X0EFE;

WSGR=0X0040;

outport(0X01,0X71);

outport(0X01,0X12);

outport(0X01,0X33);

outport(0X01,0X34);

outport(0X01,0X15);

outport(0X01,0X56);

outport(0X01,0X67);

 

值得注意的是,最后一条语句置 INH 为 0,启动 8 路进行并行 A/D 转换。转换结束后,通过 RD 信号可依次读取转换结果,相应的程序如下:

inport(0x01,&INDATA[0]);

inport(0X01,&INDATA[1]);

inport(0X01,&INDATA[2]);

inport(0x01,&INDATA[3]);

inport(0X01,&INDATA[4]);

inport(0X01,&INDATA[5]);

 

这里,转换结果保存在 INDATA[0]到 INDATA[5]的变量中。通过串口,可将 INDATA[0]到 INDATA[5]中保存的数据发送到上位机进行进一步的处理。

 

3 结束语

本文采用的 MAX155 芯片,具有采样速度快,功耗低,通过编程可工作于多种工作模式和电源管理模式等特点,使其应用变得很方便。该文讨论了应用 MAX155 芯片对 TMS320LF2407 的 A/D 采样功能进行了扩展,使其既能进行串行 A/D 采样,也可以满足多路并行 A/D 采样的需要,从而在很大程度上扩展了其应用范围。实验结果显示,本系统硬、软件构架合理,系统运行良好。