1、精選優質文檔-傾情為你奉上四通道數據采集系統姓名：學號：8摘要：數據采集技術是信息科學的一個重要分支，它研究信息數據的采集、存儲、處理及控制等工作，一個數據采集系統通常是由數據采集、信號調理、數據轉換以及存儲等4個主要部分組成。本文主要研究了一種基于AD7934-6的數據采集系統的整體實現，具體包括信號調理電路設計、ADC外圍電路設計及ADC驅動設計。設計了信號調理電路，高性能的信號調理電路是實現良好測量精度的重要條件，合理且簡單的數據采集前端處理既是對硬件電路的簡化，提高硬件系統可靠性，也簡化處理器軟設計、減小軟件處理時間。給出了ADC驅動時序，處理器對ADC的合理驅動使ADC在合理的時序工

2、作，確保ADC轉換的可靠性。關鍵字：數據采集、調理電路、ADC驅動1 本文完成的工作在查閱了相關數據采集系統文獻的基礎上，本文設計了信號調理電路、ADC外圍電路以及CPU對ADC的驅動邏輯。基本完整地設計了一種基于AD7934-6的數據采集系統的硬件電路原理圖及軟件驅動。2 硬件原理圖設計2.1 信號調理電路數據采集前端信號調理電路就是在數模轉換前對信號調理的過程。送入數據采集系統的模擬信號經過傳感器轉換成電信號，電信號必須經過合理的信號調理電路才能達到較好的測量精度，而合理的數據采集前端處理結構能簡化電路，降低實現難度，保證系統的可靠運行。信號調理電路就是從信號輸入到ADC轉換之間的模擬電路

3、，包括輸入電路、前置放大器、電源電路等。本數據采集系統需對壓力傳感器輸出的標準420mA電流進行采樣。系統中電流采樣是通過采樣電阻將小電流信號轉換成電壓信號并且經過調理電路后進行采樣。由于電流信號是通過AD7934-6模數轉換器來完成，當參考電平設置為2.5V時，ADC采樣口只能輸入02.5V電壓，所以調理電路輸出應該不大于2.5V。本系統所設計的調理電路由單個運算放大器構成。本系統的采樣電阻選擇100電阻，運算放大器選擇的是LM358，其內部包含兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的運算放大器。調理電壓輸出經過低通無源濾波輸出，考慮到傳感器輸出頻率<1kHz，濾波頻率選擇略大于1kHz。電

4、流采樣調理電路設計如圖2.1所示。圖2.1 電流采樣調理電路圖2.1中為采樣電阻，將壓力傳感器輸出的電流信號轉化成電壓信號。調理電路主要由運算放大器組成。運算放大器的輸出公式可以表示為（2.1）式。 （2.1）由式（2.1）可知只要選取適當R1的阻值就能得到所需要的調理電壓。在實際的系統中，選取了R1=100，這樣輸出電壓就為0.4V2V。選取濾波電阻R2=1k，濾波電容C5=100nF，則濾波頻率約1.6kHz。2.2 ADC外圍電路隨著現代科學技術的發展，微控制器（Micro Control Unit，簡稱MCU）已經成為信號處理非常重要的組成部分。但是數字系統只能處理輸入的數字信號，因而

5、在檢測電路與微機之間需要增加模數轉換器（Analog to Digital Converter，簡稱ADC），將電壓模擬量轉換成可供微機處理的數字量。本文采用的模數轉換器為Analog公司的AD7934-6芯片，AD7934-6是一款12位、高速、低功耗、逐次逼近型（SAR）模數轉換器（ADC），采用2.7 V至5.25 V單電源供電，最高吞吐量達625 kSPS。該器件內置一個低噪聲、寬帶寬、差分采樣保持放大器，可處理最高達50 MHz的輸入頻率。ADC外圍電路設計主要是對ADC供電的設計以及ADC與微機的接口設計。ADC外圍電路設計如圖2.2所示。圖2.2 ADC外圍電路 根據AD7934

6、-6數據手冊，VDD為芯片電源引腳，供電要求為2.7V5.25V，本文設計供電電源為3.3V；DRIVE為邏輯電平控制引腳，電平應接近芯片電源，本文設計該電平與VDD相等，為3.3V；AGND和DGND分別是模擬地和數字地，根據數據手冊可將兩者共地；由于設計使用片上2.5V基準電壓，VREFIN/VREFOUT引腳經470nF電容接模擬地；CLK引腳接時鐘電路輸出；VIN0VIN3為ADC模擬信號輸入引腳，接4路調理電路輸出；、引腳作為控制引腳接CPU輸出口；BUSY引腳作為中斷信號接入CPU；DB11DB0為數據/控制位，接CPU輸入輸出復用接口。2.3 CPU與ADC接口電路微控制器是數字

7、信號處理系統的核心部分，主要實現對外設器件（本文為ADC）的驅動功能、與外設器件的輸入輸出交互功能以及對輸入的數字量進行處理存儲功能等。本文設計的CPU與ADC接口電路僅是CPU對ADC的驅動接口電路以及輸入輸出接口電路。圖2.3為CPU與ADC接口電路。圖2.3 CPU與ADC接口電路2.4 電源電路電源電路是給芯片提供電源的驅動電路，合理的電源電路是芯片正常運行的必要條件。本文設計的電源電路僅是針對AD7934-6的供電電源，未考慮CPU供電。所采用的是LM117芯片，LM1117芯片是美國國家半導體公司的三端可調正穩壓器集成電路，其使用簡單，線性調整率和負載調整率也比標準的固定穩壓器好。

8、圖2.5為電源電路。圖2.4 電源電路2.5 ADC時鐘電路 ADC轉換的過程是基于時鐘驅動的，時鐘信號的完整性，直接影響到ADC轉換起始時間。ADC采樣速率越來越快、精度越來越高的情況下，由時鐘帶來的轉換誤差，在整個系統中占的比重也越來越大。良好的時鐘設計是保證高精度、高速數據采集的關鍵。針對AD7934-6模數轉換器，設計10MHz的時鐘電路，本文選擇臺灣紅星公司的HXO-36B10.000MHZ晶振。所設計的有源晶振電路如圖2.5所示。圖2.5 ADC時鐘電路3 軟件驅動程序設計 AD7934-6具有4個帶通道序列器的模擬輸入通道，可以通過預先編程選擇通道轉換順序。該器件可接受單端、全差

9、分或偽差分模擬輸入。數據采集和轉換過程均通過標準控制輸入進行控制，使器件與微處理器和DSP可實現輕松接口。輸入信號在 的下降沿進行采樣，而轉換同時在此處啟動。AD7934-6內置一個精確的2.5 V片內基準電壓源，可用作模數轉換的基準電壓源。或者，也可以在此引腳加載一個外部基準，為其提供基準電壓。基準電壓控制由DB8位控制，本文控制DB8為1，即選用內部基準電平。AD7934-6采用先進的設計技術，可在高吞吐量的情況下實現極低的功耗，還提供靈活的功耗管理選項。利用一個片內控制寄存器，用戶可以設置不同的工作條件，包括模擬輸入范圍和配置、輸出編碼、功耗管理及通道序列化。ADC的正確轉換輸

10、出需要特定的控制電平驅動，其驅動電平由CPU輸入輸出引腳提供。由于未指定CPU型號，本文所設計的驅動程序是基于一般處理器的偽代碼。3.1 現對CPU引腳和變量作如下說明：（1） CTRL：CPU第17、16、15、14、13引腳地址寄存器，這些位分別連接AD7934-6的、位；（2） DATA：CPU第110引腳地址寄存器，分別對應AD7934-6的DB11DB0位；（3） DATAIN：輸入值數組，全局變量（12位）；（4） F4 ：壓力值，浮點型，（5） DATAOUT：輸出值，全局變量（12位）;（6） N ：channeln指示，全局變量，初值為零；（7） CPU第12管腳設置成下降沿

11、中斷。主程序如下：N = 0;DATAOUT = 256D;/指向channel0DATA = DATAOUT;CTRL = 00111B;/初始化DATAOUT = DATAOUT+32;/指向下一channel（N+1）CTRL = 10000B;DATA = DATAOUT;CTRL = 00101B;/開channel0While(1);/主循環中斷程序如下：DATAOUT = DATAOUT+32;/指向再下一channel（N+2）CTRL = 00111B;/拉高if（DATAOUT>352）DATAOUT = 256；/重新賦循環初值N = 0；CTRL = 01011B;/采樣channel（N）DATAIN = DA