來源：控制工程網(wǎng) 作者：魏懷璽 李兵等隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的普及，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已應(yīng)用于越來越多的場合，如通信、雷達、生物醫(yī)學、機器人、語音和圖像處理等領(lǐng)域。本文介紹的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)采用cpld控制ads8364完成數(shù)據(jù)的a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)預(yù)先存儲到fifo中，再經(jīng)dsp進行前端的數(shù)字信號處理后，通過usb總線傳給上位機，并在上位機上進行存儲、顯示和分析等。該系統(tǒng)完全可以滿足信號采集處理對高精度及實時性的要求。

    1 系統(tǒng)原理

    數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要由前端信號調(diào)理電路、adc芯片ads8364、cpld芯片epm3128a、dsp芯片tms320f2812、usb芯片cy7c68013及其外圍電路組成。系統(tǒng)原理框圖如圖l所示。

    系統(tǒng)主要完成的任務(wù)為：dsp接收上位機通過usb總線發(fā)送的命令，完成系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)置，并通過模擬地址／數(shù)據(jù)總線與cpld進行通信，向cpld發(fā)送控制命令；對外部的多路模擬量輸入進行信號調(diào)理，在cpld控制下進行單通道或多通道a/d轉(zhuǎn)換，將采集到的數(shù)據(jù)存儲在一片fifo芯片中；當fifo中存儲的數(shù)據(jù)半滿時，對dsp產(chǎn)生一個中斷信號，dsp收到此中斷信號

     后，取出fifo中的部分數(shù)據(jù)，進行前端數(shù)字信號處理，將處理完畢的數(shù)據(jù)通過usb總線傳給上位機；上位機實現(xiàn)各種圖形界面操作和后端信號處理，對所采集的信號進行分析。系統(tǒng)可對輸入的多路模擬信號進行同步采樣，這就使得采集到的數(shù)據(jù)不僅含有模擬信號的幅度特性，同時還保持不同模擬信號之間的相位差異；采樣頻率可以預(yù)置，以適應(yīng)不同速率的采樣要求。

    2 系統(tǒng)硬件

    系統(tǒng)硬件包括信號調(diào)理模塊、a／d轉(zhuǎn)換模塊、dsp處理器模塊、cpld邏輯控制模塊以及usb通信模塊。

    2．1 信號調(diào)理模塊的設(shè)計

    外部的多路模擬量輸入信號往往是微弱的傳感器信號，信號的幅值較小，為了方便且不失一般性，假定其幅值范圍為o~25mv。ads8364待轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍應(yīng)保持在agnd-0．3v和avdd+o．3v之間。這里選用低功率變增益儀表放大器inal29對模擬量輸入信號進行調(diào)理放大，將其放大為0~5v之間。

    inal29是burr-browm公司的一種小功率通用儀表放大器，具有優(yōu)異的精度和很寬的帶寬，在增益高達100時，帶寬達200khz。它可用單一外部電阻器調(diào)節(jié)其增益，調(diào)節(jié)范圍為l~10000，其放大倍數(shù)計算公式為：

    從而使放大輸出電壓在o～5v之間。信號調(diào)理模塊原理圖如圖2所示。

    2．2 a／d轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計

    該模塊采用了ti公司的高速、低功耗、六通道同步采樣模/教轉(zhuǎn)換器ads8364，它采用+5v工作電壓，其6個模擬輸入通道分為三組(a，b和c)，每組都有一個adcs保持信號(holda，holdb和holdc)，用來啟動各組的aid轉(zhuǎn)換，6個通道可以進行同步并行采樣和轉(zhuǎn)換。ads8364采用具有80db共模抑制能力的全差分輸入通道，將其refin和refout引腳接到一起，為差分電路提供2．5v的參考電壓。這里模擬量采用單端輸入，將-in端接共模電壓2．5v，+in端接前端信號調(diào)理模塊的輸出。

    ads8364的時鐘信號由外部提供，最高頻率為5mhz，對應(yīng)的采樣頻率是250khz。這里由cpld提供時鐘信號，主要是考慮到cpld可以靈活地改變時鐘頻率，進而改變系統(tǒng)的采樣頻率。a／d轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)生轉(zhuǎn)換結(jié)束信號eoc。將ads8364的。byte引腳接低電平，使轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位的方式輸出。地址/模式信號(a0，al，a2)決定ads8364的數(shù)據(jù)讀取方式，可以選擇的方式包括單通道、周期或fifo模式。將add引腳置為高電平，使得讀出的數(shù)據(jù)中包含轉(zhuǎn)換通道信息�？紤]到數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的采樣頻率一般