基于ADS1274的可控式高数据采集系统设计

　　1 引言

　　在石油、化工、冶金、电力、纺织、轻工、水利等工业及科研领域中，都必须进行相关的压力检测与分析。通常压力值的变化速度较缓慢，但在测量压力值并把它由非电量转变成电量这一过程中，要求非常高。本文采用TMS320VC5502高性能数字信号处理器（DSP）和ADSl274高∑一△结构A／D转换器，构建了一个工作模式可控的高数据采集系统。该系统具有高多通道同步采样和工作模式动态选择等功能，用户可根据需要合理选择系统的工作模式，使测试需求与系统功耗达到配比。

　　2 器件选型

　　2.1 TMS320VC5502简介

　　TMS320vc5502是一款高性能的DSP。可以提供具有300 MHz双MAC的强大性能，可实现高速、大容量数字信号处理；TMS320VC5502既提供了16／8位加强型主机接口，实现双处理器间的数据通讯功能；提供32位外部存储器接口（EMIF），实现与廉价的SDRAM、SBRAM、异步RAM和Flash存储器的无缝连接，便于外部存储器扩展；具有3个McBSP和6通道DMA，可以支持128通道100 Mh／s的内外部数据传输。

　　2.2 ADS1274简介

　　ADS1274是一款高A／D转换器，具有24位。主要特性特点：①采用差动输入方式，所以输入端可直接与传感器或微小的电压信号相连；②采用∑一△结构，具有宽泛的动态范围与24位无差错编码；③采用低噪声增益可编程放大器，提高分辨率；④内部采用三阶数字滤波器，可滤除电源波纹和其他干扰；⑤采用多种内部自校正技术，用于校正失调电压，校准满刻度误差；⑥提供SPI或FRAME-SYNC接口；⑦提供高速、高分辨率、低功耗和低速4种工作模式供用户选择；⑧采用独立供电，+5 V模拟电源，1.8 V数字电源，1.8~3.3 V的I／0电源。ADSl274采用HTOFP一64封装。

　　3 系统硬件设计

　　3.1 系统总体设计

　　该系统需要实现对旋转机械信号进行多通道实时数据采集、预处理以及与上位机之间的数据传输等功能。系统通过缓冲串口与A／D转换器通讯。TMS320VC一5502能高效地实现系统初始化、外围器件和HPI通讯接口的配置，并根据上位机ARM控制器传送来的主机命令，实时采集和处理数据。将处理后的数据包传输给上位机显示、存储和处理。

　　3.2 TMS320VC5502与ADSl274的接口电路

　　ADS1274提供SPI或FRAME—SYNC接口，可方便地实现与处理器的连接。该系统通过TMS320VC5502的多通道缓冲串口（McBSP）与ADS1274数据传输。TMS320VC5502与ADS1274的电路连接如图1所示。

　　3.3 信号调理模块

　　ADS1274通过设置可以采用单端输入和差分输入两种模式。差分输入可有效抑制零漂和消除信号共模干扰，因此系统设计通过运放OPA1632后将信号输入配置为差分输入方式，具体信号调理电路如图2所示。

　　3.4 电源模块

　　TMS320VC5502需提供+3.3 V（I/O电源）和1.26 V（DSP核电源）两种不同的供电电源，而ADSl274需对10VDD（+3.3V）、AVDD（+5 V）、DVDD（+1.8 V）分别供电，以保证系统正常工作。这里，选用TI公司的专用电源转换器设计电源电路模块，如图3所示。

　　3.5 ADS1274工作模式

　　由于∑一△结构的A／D转换器由于采用过抽样理论，允许牺牲速度换取高或牺牲获取高采样频率，因此通过对过抽样率的调整来控制采样频率和采样，以满足不同信号的采样需求。ADS1274可提供高速、高分辨率、低功耗和低速4种操作模式供用户选择，也可通过配置MODE[1：0]引脚信号实现模式控制。同时，通过DSP的定时器给ADS1274输出时钟，从而更地控制4个通道的同步采样频率。

　　3.6 数据通讯接口

　　AD1274的数据输出接口基于SPI和Frame一Sync两种协议，通过控制FORMAT[2：0]引脚来配置数据输出模式。该系统设计通过DSP的缓冲串口与A／D转换器数据传输。通过将FORMAT[2：0]3个引脚置低，而将数据接口配置为SPI协议的TDM模式。

　　4 系统软件设计

　　系统软件设计主要包括TMS320VC5502串口和ADS1274初始化、DSP主程序、驱动程序和应用程序。DSP通过对McBSP复位并配置McBSP寄存器，完成串口初始化。ADS1274采用SPI和FRAME-SYNC通信模式，数据由DOUT读出，然后通过McBSP串口将数据传输给DSP进行数据处理。

　　系统软件函数主要包括mcbsp0_init，start_timerO，inter-rupt_init，CSL_init（），PLL_setFreq等。通过配置GPT和GPI0及系统中断来控制两个I／0端口的输出，以实现对ADS1274工作模式的控制。

　　5 结语

　　在开发以ARM_DSP双核架构为基础的便携式数据采集仪中，为解决系统数据采集、速度和功耗问题，构建了一种模式可控的高数据采集系统。该系统设计打破了以往A／D转换器固定工作模式的设计理念，为构建嵌入式数据采集系统提供了一个更灵活、通用的解决方案。

  

参考文献:

[1]. TMS320VC5502 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TMS320VC5502_688939.html.
[2]. FRAME datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/FRAME_2528858.html.
[3]. OPA1632 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/OPA1632_524563.html.