基于ADS8556的六通道高速数据采集系统设计_李晓菲

本设计将A D C的操作映射为D S P 中对地址空间的读操作。2812通过对 不同地址的读取来向E P M240T发送指 令，E P M240T通过片选端和地址线译 码来执行相应的功能。以下为主要的3 种指令的地址映射。 #d e f i n e A D_s t a r t
图4 2812与IS61LV25616接口连接电路
将2812的地址线X A0、X A1、 X A2和/X C S0分别连接至E P M240T 的I O口上。/X C S0对应的地址映射为 0x002000-0x003F F F，2812对这个区 域的地址进行访问时，相应片选端/ X C S0被置为低电平，地址线上出现 所要读取或者写入的地址。为了节省 映射空间，本文设计通过E P M240T对 /X C S0和X A1、X A2进行地址译码来 实现对A D S8556的控制。A D S8556的 片选信号/C S、复位信号/R S T分别 连接到E P M240T的I O口上，3通道组 的启动转换信号C O N V_X连接到一起 并和EPM240T的IO口连接，用来启动 6通道的同步转换。2812的外部中断 I N T1连接B U S Y信号，单次转换结束
图6 EPM240T内部模块 图5 2812软件流程图
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S E C T I O N(A D_D A T A_C H2,".a d_ data_ch2") u n s i g n e d i n t A D_D A T A_ CH3[20000]; # p r a g m a
本文选择I S61L V25616作为数据 存储器，它是一个高速的S R A M，由 高性能C M O S技术制造而成，供电电 压为3.3V，其空间大小为256K×16。 I S61L V25616与2812的接口电路如图 4所示，/C E片选信号引脚接2812的/ X C S6片选信号，其映射地址空间范 围为0x100000!0x180000；/O E、/ WE为低电平有效，分别与DSP的读写 引脚相连接；地址线A[17:0]与2812地 址线X A[17:0]相连，16位数据总线与 D S P的X D[15:0]数据总线连接，完成
3 数据存储设计 T M S320F2812具有128K B的 FLASH空间，而其内部SARAM数据 存储空间只有18K B，在高速数据采集 系统中，由于在线采集的数据量比较 大，因此需要对2812的数据存储空间 进行外部扩展。
图2 OPA2211前置放大连接电路
后，B U S Y信号变低，向2812申请中 断。2812的读信号/X R D与A D S8556 的读信号/R D相连接，用来读取转 换结果。将A D S8556的16位数据线和 T M S320F2812的16位数据线直接相
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应用设计
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O P A2211是一款具有低噪声电 平、低功耗、低偏置电压漂移、宽电 源电压范围（±2.25～±18V）的精 密双极型双路运算放大器，其噪声密 度只有1.1n V/√H z，输入失调电压为 ±200μ V，电压漂移为0.2μ V/℃。 O P A2211可以对两路信号进行放大， 图2所示为通道C H_A0和C H_A1的前 置放大连接电路。
连。 A D S8556需要4个独立的供电电 源：A D C的模拟供电A V D D，数字接 口的I O供电，模拟输入的高电压供电 HVDD和HVSS。AVDD为内部ADC 提供电源，本文设置为5V。高压供电 (H V S S和H V D D)用来为模拟输入供 电，本文将HVDD设置为12V，HVSS 设置为-12V。A D S8556连接外围电 路时，在AVDD、BVDD和HVSS引脚 须接10μ F和0.1μ F电容组成去耦电 路，为达到好的去耦效果，电容要尽
其中，管脚1和管脚2之间的电 阻网络用于对放大器增益进行调节， 电压放大增益G可以表示为G=1+R 2/ R1。 本文中对6通道同步采集，因此需 要用到3个OPA2211。 2 ADS8556接口设计 6通道模拟信号经过OPA2211驱动 放大，调整为适合A D S8556输入要求 的信号后，进入A D S8556进行采集。 图3为A D S8556与2812和E P M240T的 接口电路图。
表1 关键引脚连接设置 引脚名称 电平 功能 HW/SW 低 硬件模式 /STBY 高 器件工作于正常模式 PAR/SER 低 并行接口模式 RANG/XCLK 高 模 拟 输 入 电 压 范 围 为 ±2VREF WORD/BYTE 低 数据通过以16位字模式 传输 高 使能内部参考电压源 REFEN/WR
S E C T I O N(A D_D A T A_C H5,".a d_ data_ch5") u n s i g n e d i n t A D_D A T A_ CH6[20000]; # p r a g m a D A T A _
3 系统软件设计 本系统设计每个通道采样速率为 200k S a/s，采样周期为0.1s，也就是 在0.1s内采样20000个点，即每5μ s采 样一次。每个采样周期采集到的总数 据量大小为100K×16。 系统初始化主要完成对变量以及 相应寄存器的初始化工作，并完成对 6个采集通道采集数据存储地址的定 义，6通道数组定义如下： u n s i g n e d i n t A D_D A T A_ CH1[20000]; # p r a g m a D A T A _
0x002001//启动转换操作地址； #d e f i n e A D_s t o p
S E C T I O N(A D_D A T A_C H6,".a d_ data_ch6") 本设计将A D转换的数据，存储 到外部S R A M中，因此需要将存放 采集数据的数组定义在S R A M对应的 地址映射空间，通过C M D文件编写 MEMORY和SECTION指令对DSP存 储空间进行配置。M E M O R Y中定义 SRAM对应的映射空间的语句如下： EXRAM : o r i g i n =
0x002002//结束转换操作地址； #d e f i n e A D_r e a d
0x002003//读数据结果操作地址。 图5所示为2812的软件流程图。 2812发送启动转换指令后，E P M240T 启动A D转换，并在其内部产生一个 5μ s的定时器，每次定时器时间到， 向C O V_X端提供高电平转换信号，启 动一次A/D转换，6个通道的模拟信 号同时开始转换，1.26μ s后6个通道
图1 ADS8556并行接口模式转换时序图
李晓菲，张静
信号保持高电平，转换完成时间为 1.26μ s，转换结束B U S Y信号返回低 电平。B U S Y信号的下降沿触发A D C 的跟踪模式，通过16位并行接口从输 出寄存器将数据读出。读取数据时， 片选信号/C S先置低，读信号/R D每 变低一次，D S P从16位总线上读取1个 通道的数据，需要读取6次将6通道数 据读走，16位并行接口模式读取时序 如图1所示。
S E C T I O N(A D_D A T A_C H1,".a d_ data_ch1") u n s i g n e d i n t A D_D A T A_ CH2[20000]; # p r a g m a D A T A _
0x100000, length = 0x080000 S E C T I O N中将存放6通道数据的 数组分配到EXRAM中，语句如下： .ad_data_ch1 EXRAM, .ad_data_ch2 > EXRAM, .ad_data_ch3 D A T A _ > EXRAM, .ad_data_ch4 > EXRAM, : PAGE = 1 : PAGE = 1 : PAGE = 1 : PAGE = 1
数字I O缓冲器，范围为2.7～5.5V。 本文将其连接至3.3V，在D S P的数 据总线和A D S8556的16位数据总线相 连接时，D S P的接口电压为3.3V， A D S8556的接口电压也为3.3V，不需 要进行电平匹配，方便电路的连接。 A D S8556其他关键引脚的连接及其功 能如表1所示。
图3 ADS8556接口连接电路
量靠近器件。B V D D供电仅用于驱动
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应用设计
: PAGE = 1 : PAGE = 1
数据的传输。 SRAM存储模块负责将ADC采集 的数据存储起来，以便在数据处理时 调用。
u n s i g n e d i n t A D_D A T A_ CH4[20000]; # p r a_data_ch5 > EXRAM, .ad_data_ch6 > EXRAM,
S E C T I O N(A D_D A T A_C H4,".a d_ data_ch4") u n s i g n e d i n t A D_D A T A_ CH5[20000]; # p r a g m a D A T A _
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应用设计
基于 ADS8556 的六通道高速数据 采集系统设计
华北电力大学 在数据采集系统中，高性能的 D S P能够满足算法结构复杂、运算精 度高、速度快的要求，C P L D具有内 部延时小、速度快、全部逻辑由硬件 完成等优点，因此，本系统设计了一 种基于 D S P+C P L D 的高速信号采 集系统，选用D S P芯片T M S320F2812 （以下简称2812）作为核心处理器， E P M240T做逻辑控制元件。A D芯片 采用美国T I公司的A D S8556，它是16 位6通道可以同时采样的模数转换器。 本文详细介绍了基于A D S8556的六通 道高速数据采集系统的软硬件设计。 换。器件支持单端、差分模拟输入信 号，范围可以是±4V r e f或者±2V r e f， 最大输入电压可以达到±12V，其 中V r e f 为内部参考电压，可取2.5V或 3.0V。A D S8556可以工作在硬件模 式或软件模式，硬件模式下，器件功 能通过引脚接口配置；软件模式下， 功能设置将只能通过其内部32位控制 寄存器进行，对应的引脚设置将被忽 略。A D S8556提供一个可选择的并行 或串行接口，其中，并行接口模式下 采样速率可达到630k S a/s。A D S8556 的数据可以采用8位或16位传送方式。 2 ADS8556的工作原理 ADS8556的特点及其工作原理 1 ADS8556的特点 A D S8556是16位高精度A/D，各 自基于连续逼近寄存器原理，构架是 基于电荷再分配原理，具有采样保持 功能。 ADS8556包括6个16位模数转换器 （A D C），6个模拟输入组成3个通道 组，这些通道组可以并行采样，保留 了信号的相对相位信息。独立的转换 开始信号可以控制每个通道的转换， 可以是4个通道或者是6个通道一起转 A D S8556有两种接口模式，本 文中采用并行接口模式的16位传送方 式。下面对它的工作原理进行分析。 在进行模数转换时，转换信号 C O V_A/B/C用来控制2通道或4通道 或6通道A D C进行同时采样。如果将 C O V_A/B/C 3个引脚连接在一起， 即6个A D C使用同一转换信号，就可 以对6个A D C进行同步采样。选择 A D C在C O V_X的上升沿置为保持模 式，并开始转换。转换信号上升沿过 后，A D C开始转换，转换期间B U S Y 系统硬件设计 1 前置放大电路 A D S8556的输入通常由一个运算 放大器驱动，以确保采集时间内正确 的稳定调节。就驱动能力、噪声和偏 移性能而言，T I的O P A2211可达到 确保高输入信号质量所必需的诸多要 求。本文中采用OPA2211放大器作A/ D的前置放大。