发布时间 : 星期三 文章基于TMS320F28335与AD7767高精度数据采集模块设计更新完毕开始阅读
基于TMS320F28335与AD7767高精度数据采集模块设计 Design of High Accuracy Data Acquistion Module
Based on TMS320F28335 and AD7767
烟台大学光电信息科学技术学院 马金臣
引言
在工业生产过程中，数据采集处理系统可以对生产现场的工艺参数进行采集、进行监视和记录，以提高质量、降低成本。在DSP的数据采集处理系统中,模拟信号要先经过A/D转换器转换为数字信号才能送入DSP中进行处理，因此基于DSP的高精度数据采集模块作为数据采集处理系统的前端是很重要的。
本文介绍了24位高精度AD7767的前端信号调理电路设计和TMS320F28335多通道缓冲串行接口（McBSP）与24位高精度串行输出模数转换芯片AD7767通信的串行接口硬件和软件设计。通过采用McBSP的时钟停止模式(兼容SPI传输协议),可将AD7767与McBSP直接相连,从而无须任何转换就可实现串行数据的高速传输。
高精度数据采集模块总体结构
高精度数据采集模块的单端模拟信号经由信号调理电路转化为差分模拟信号，具有良好的抗干扰性能的差分模拟信号经由高精度AD7767转换为串行24位数字信号，TMS320F28335片上Mcbsp接口的软硬件设计完成对AD7767的数据接收并进行存储，此模块可以保证数据采集的精度和速度，该模块的总体结构框图如图1所示。
数字信号单端模拟信号信号调理差分模拟信号AD7767控制信号TMS320F28335 图1高精度数据采集模块总体结构
采集模块的硬件设计
高精度数据采集模块由信号调理电路、高精度模数转换器AD7767外围电路、TMS320F28335Mcbsp接口与AD7767通信接口电路构成。 信号调理电路
该高精度数据采集模块对单端模拟信号（-5V—+5V）进行采集，信号调理电路中ADA4941完成单端模拟信号转换成差分信号的功能，差分模拟信号送给AD7767转化为24位高精度数字信号，信号调理电路如图2所示。
C2VSS-AGNDR1Single-Ended SignalR6876V-OUT-R2C1DISIN5VIN+C5Differential SignalVIN-AGND123V+OUT+ADA4941REFFBVoffbetR44R7C4C3R3R4VSS+AGNDVCMR5AGNDAGND 图2 信号调理电路 AD7767及其外围电路 高精度模数转换器AD7767外围电路将差分模拟信号转换为24位数字信号。高精度的模数转换需要稳定的参考电压，ADI公司的ADR425具有很高的稳定性（+/-0.006V的误差）。美国ADI公司的A/D转换器AD7767，该转换器是高速、低功耗、单电源供电、高精度的24位AD转换器，功耗15mw，109.5dB动态范围，转换速率128kb/s，片内自带低通FIR滤波器。由于逐次逼近结构的多路技术和低功耗，比一般的∑-?A/D转换器的性能更优越，并且由于芯片内部还集成了跟踪保持电路，逐次逼近的结构使其没有通道延时，这些特征使该器件广泛的应用于多通道系统中，非常适合低功耗PCI/USB数据采集系统、低功耗无线采集系统、震动分析、高精度仪表以及医疗设备，AD7767的内部结构和引脚如图3所示。 AVDDAGNDMCLKDVDDVDRIVEDGND 2VREF?34VIN?数字滤波器逐次逼近型模数转换器串行接口和逻辑控制接口SYNC/PDVIN?REFGNDCSSCLKDRDYSDOSDI
图3 AD7767内部结构和引脚
AD7767的主要引脚功能如下：
VREF?：基准参考电压输入端，电压值范围是2.4V到5V。MCLK：主时钟输入，AD7767的采样频率等于主时钟频率。DVDD：数字电源输入端。SYNC/PD：同步及掉电输入端。CS：片选端，在CS的下降沿，AD7767把转换结果通过数据总线输出。SDI：串行数据输入端(用于多片AD7767的菊花链级联)。SDO：24bit串行数据输出端，高位先出。DRDY：数据准备输出端，在DRDY的下降沿时，有新的转换数据输出。SCLK：串行时钟输入。VIN?：模拟差分输入的正端。VIN?：模拟差分输入的负端，AD7767外围电路如图4所示。 ADR425AVDD2.51AVDD5VC62C734AGNDTPVINNICGNDTPNICVOUTTRIM867AGND6AGND5C9VIN-C8325498DGNDC10C111AVDDAGNDREFGNDVREF+VIN-VIN+VDRIVEDVDDAD7767CSSDIMCLKSCLKDRDYDGNDSDOSYNC/PD1615143DVDD3.31312DGND11107OUT差分模拟信号VIN+DVDD2.5GNDVCC41M1NC2DGND 图4 高精度模数转换器AD7767外围电路 多通道缓冲串行接口电路 TI公司推出的业界首款浮点数字信号控制器TMS320F28335，它具有150MHz高速处理能力，具备32位浮点处理单元，单指令周期32位累加运算，Title它可满足应用对于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。与前代领先的数字信号处理器相比，最新的F2833x浮点控制器不仅可将性能平均SizeB提升50%，还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点C28xTM控制器软件的Date:File:特点。 34片上集成有丰富的外设，其中包括两个多通道缓冲串行接口(McBSP-A和5McBSP-B)，此模数转换模块只使用McBSP-A。TMS320F28335的McBSP在时钟停止模式下工作时与串行外围接口(SPI)相兼容，这便于与串行接口器件连接。当McBSP配置为时钟停止模式时，发送器和接收器内部同步，这样McBSP可以作为一个SPI主设备或从设备。在时钟停止模式下，McBSPA的发送时钟信号MCLKXA相当于SPI总线的SCLK信号，输出信号MDXA作为SPI主设备的MOSI信号，接收输入信号MDRA作为SPI主设备的MISO信号，MFSXA为主设备的SS。将McBSPA配置为SPI主设备时，需要配置相应的寄存器，在时钟停止模式中，由于采用内部同步模式，因此不使用时钟信号CLKR和接收帧同步信号FSK。为使TMS320F28335按照一定的方式与AD7767进行通信，需要对McBSP的各个控制寄存器进行相应配置，其中SPCR1/SPCR2用于设
Number10-May-2010C:\\Documents a置工作模式、接收符号扩展和对齐模式、对收发器和采样速率生成器进行复位，以及判断收发器是否准备好等。PCR用于控制相应引脚的工作模式。SRGR1/SRGR2用于设置采样速率生成器的工作模式和采样速率生成器的分频系数。RCR1/RCR2用于控制接收数据的字长、数据延迟。XCR1/XCR2用于控制发送数据的字长、数据延迟。 根据上述AD7767的引脚功能，以及TMS320F28335的McBSPA接口的特性，我们设计了TMS320F28335Mcbsp接口与AD7767串行通信接口电路，其硬件设计接口原理图如图5所示。 AD776716325498AVDDAGNDREFGNDVREF+VIN-VIN+VDRIVEDVDDCSSDIMCLKSCLKDRDYDGNDSDOSYNC/PD161514131211107R12R13R10R11DGND66MCLKXAR967TMS320F28335_1MFSXA5GPIO065MDRA7GPIO2 图5 TMS320F28335与AD7767硬件设计接口电路 AD7767采样转换后的数据是串行输出的，TMS320F28335 McBSPA工作在SPI模式时，可以接收串行数据。AD7767的CS、SCLK、SDO 、DRDY、SYNC/PD引脚分别与DSP的MFSXA、MCLKXA、MDRA、GPIO0、GPIO2引脚相连。CS、SCLK、SDO、DRDY按照AD7767芯片提供的时序图（如图6进行控制。在CS的下降沿，同时DRDY有效时，SDO串行输出数据，且先出高位。MDRA接收数据时，SDOUT输出的采样结果在MCLKXA时钟脉冲的控制下通过MDRA逐位移至McBSPA的接收移位寄存器。 DRDYCSSCLKTitleSDOMSBD22D21SizeBDate:File:LSBNumber 图6 AD7767串行接口时序图 采集模块的软件设计 AD7767与TMS320F28335 McBSPA进行高速串行通信时，首先对4510-May-2010Sheet ofC:\\Documents and Settings\\Administrator\\桌面Drawn \\ad776By7