作者：中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所 張登洪 包曉瑜

    摘 要：本文介紹了一種基于tms320vc5416的多路加速度采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)采用ad73360作為數(shù)據(jù)采集前端，通過(guò)dsp的mcbsp和ad73360級(jí)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)多路模擬加速度信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和處理。

    關(guān)鍵詞：tms320vc5416；ad73360；加速度；數(shù)據(jù)處理

    引言

    多路加速度采集系統(tǒng)在平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。在早期的產(chǎn)品中，控制和處理核心都采用馮·諾衣曼總線結(jié)構(gòu)的微處理器，由于其指令執(zhí)行速度較慢，設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的實(shí)時(shí)采集與處理系統(tǒng)顯得比較困難。本文介紹了一種采用tms320v c5416(dsp)作為處理器，用十六位高精度ad73360作為adc的多路加速度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

    圖1 系統(tǒng)硬件原理圖

    圖2 加速度信號(hào)預(yù)處理電路

    圖3 ad73360與tms320vc5416接口電路圖

    圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

    系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)由a/d轉(zhuǎn)換電路、dsp及其外圍電路和通信接口電路組成，如圖1所示。

    a/d轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

    ad73360簡(jiǎn)介

    ad73360工作模式控制起來(lái)非常方便，當(dāng)器件加電以后，dsp通過(guò)xf或者寫i/o 的方式將ad73360的片選se引腳置為高電平，此時(shí)ad73360處于上電復(fù)位狀態(tài)，輸出同步幀信號(hào)sdofs，當(dāng)采用圖3的接法時(shí)，可以通過(guò)dsp的mcbsp串口向ad73360寫入控制字。ad73360由8個(gè)寄存器來(lái)控制，控制字字長(zhǎng)為16位。

    在用ad73360進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，可直接用單極性輸入方式，也可采取差動(dòng)輸入方式將單片ad73360接成三通道轉(zhuǎn)換器。不過(guò)在用ad73360器件內(nèi)部參考電壓對(duì)模擬輸入前端進(jìn)行直流偏置時(shí)，最好采用高輸入阻抗的運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離。

    加速度信號(hào)預(yù)處理電路設(shè)計(jì)

    加速度信號(hào)預(yù)處理電路主要對(duì)輸入的多路加速度信號(hào)進(jìn)行取樣、直流偏置和抗混疊濾波處理，具體電路如圖2所示。

    在直流偏置之前，首先采用精密電阻網(wǎng)絡(luò)r1和r2對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行取樣。為了盡可能提高a/d轉(zhuǎn)換精度，減小電路板的體積，系統(tǒng)使用ad73360片內(nèi)參考電壓refout作直流偏置。在送到運(yùn)算放大器op2進(jìn)行直流偏置之前，采用運(yùn)算放大器op1進(jìn)行隔離，以確保adc的refout端子沒(méi)有輸入、輸出電流，從而保證adc片內(nèi)精密電壓源電壓恒定和較高的a/d轉(zhuǎn)換精度。最后，經(jīng)r5和c1組成rc網(wǎng)絡(luò)，抗混迭濾波后送到ad73360進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。

    ad73360與tms320vc5416的接口設(shè)計(jì)

    ad73360片內(nèi)集成有同步串口spi，通過(guò)和dsp的mcbsp簡(jiǎn)單連接便可組成一個(gè)多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。ad73360的復(fù)位信號(hào)/reset、片選信號(hào)se分別由dsp器件的/reset和xf引腳通過(guò)一個(gè)上升沿雙d觸發(fā)器提供，這樣可以確保ad73360的復(fù)位信號(hào)、片選信號(hào)和dmclk保持同步，以免發(fā)生讀寫錯(cuò)誤。mcbsp的輸入/輸出時(shí)鐘均由ad73360提供，即dsp的同步緩沖串口工作于外部時(shí)鐘模式。通過(guò)多片ad73360級(jí)聯(lián)，最多可以實(shí)現(xiàn)48路同步采集系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)。系統(tǒng)在收到主控單片機(jī)的啟動(dòng)命令后，將xf置為高電平，ad73360處于上電復(fù)位狀態(tài)，dsp將控制字依順序?qū)懙剿衋d73360中，最后啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行采集。

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