基于AD7606的多通道数据采集系统设计.pdf

第 3 9卷 第 1 2期 2 0 1 3年 1 2月 工矿 自 动化 I nd us t r y an d M i ne Aut o ma t i on VoI ． 3 9 NO ． 1 2 De c ．2 O 1 3 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 3 1 2 0 1 1 0 0 4 D OI 1 0 ． 7 5 2 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X． 2 0 1 3 ． 1 2 ． 0 2 8 陶海 军 ， 张 一 鸣 ， 曾志 辉． 基 于 AD7 6 0 6的多通道 数据采 集 系统设计 E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 1 2 1 1 0 - 1 1 3 基于 A D 7 6 0 6的多通道数据采集系统设计 陶海军 。 ， 张一鸣 ， 曾志辉 1 ． 北京工业大学 电子信息与控制工程学院，北京 1 0 0 1 2 4 ； 2 ． 河 南理工 大学 电气 工程 与 自动化学 院 ， 河南 焦作4 5 4 0 0 3 摘 要 针 对 D S P芯片 T MS 3 2 0 F 2 8 1 2自带的 AD转换模 块 不能 满足 同步采 集 电流和 电压参数 要 求 的 问 题 ， 设计 了一种 基 于 AD7 6 0 6的 多通道数 据采 集 系统 。详 细介 绍 了 系统 中 电压／ 电流输 入 电路 、 输 入 滤 波 电 路 、 AD 7 6 0 6与 TM 3 2 0 F 2 8 1 2接 口电路 、 AD 转 换 程 序 的设 计 。 测试 结果 表 明 ， 与 TMS 3 2 0 F 2 8 1 2 自带 的 AD转 换模块 进行 AD转换 的结 果相 比 ， 采 用 AD7 6 0 6进行 AD转 换 的结果精 度 高、 误 差 小 ， 适 合 高精度 AD 转 换 电路 。 关键 词 数据采 集 ；多通 道 ；A D 转换 ；接 口电路 ； AD 7 6 0 6 ；T MS 3 2 O F 2 8 1 2 中图分类 号 TD 6 7 文献标 志码 B 网络 出版时 间 2 0 1 3 1 1 2 8 1 7 3 7 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ ww w． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 3 1 1 2 8 ． 1 7 3 7 ． 0 2 8 ． h t ml De s i g n o f d a t a c o l l e c t i o n s y s t e m wi t h mu l t i c ha n ne 1 ba s e d o n AD7 6 0 6 TAO H a i j u n 一。 ZH ANG Yi mi n g ． ZENG Zh i h ui t 1 ． C o l l e g e o f El e c t r o n i c I n f o r ma t i o n a n d Co n t r o l En g i n e e r i n g，Be i j i n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， Be i j i n g 1 0 0 1 2 4 ，Ch i n a ；2 ． S c h o o l o f El e c t r i c a l En g i n e e r i n g a n d Au t o ma t i o n， He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y， J i a o z u o 4 5 4 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f pr o bl e m t ha t s e l f - c a r r i e d AD c o nv e r s i o n mo du l e o f DS P c hi p TM S3 2 0 F2 81 2 c a nn o t m e e t r e q ui r e m e nt o f c o l l e c t i n g pa r a m e t e r s o f c ur r e n t a n d v o l t a g e s y nc hr o no us l y， a da t a c ol l e c t i on s y s t e m wi t h mu l t i c h a n n e l b a s e d o n AD7 6 0 6 wa s d e s i g n e d．De s i g n o f v o l t a g e ／ c u r r e n t i n p u t c i r c u i t ，i n p u t f i l t e r i n g c i r c u i t ，i n t e r f a c e c i r c u i t be t we e n AD7 6 0 6 a nd TM S3 2 0 F2 8 1 2，AD c o nv e r s i o n p r o gr a m of t he s y s t e m we r e i nt r o du c e d i n de t a i l s ．Te s t r e s ul t s h ows t h a t AD c o n ve r s i on r e s u l t by us i ng AD76 06 ha s hi g h p r e c i s i on a nd s ma l l e r r o r c o m p a r e d wi t h AD c o nv e r s i o n r e s ul t by u s i ng s e l f - c a r r i e d AD c on v e r s i on mo du l e of TM S32 0 F28 1 2，a n d i t i s s ui t a bl e f or AD c o nv e r s i on c i r c u i t wi t h hi g h p r e c i s i o n． Ke y wo r ds d a t a c ol l e c t i on；mul t i c ha n ne l ；AD c on v e r s i on；i n t e r f a c e c i r c ui t；AD76 0 6；TM 3 2 0 F2 8 1 2 0 引言 在 多 通道 电流 与 电压 监控 系 统 中 ， 需 要 对 电流 和电压参数进行同步采样， D S P芯片T MS 3 2 0 F 2 8 1 2 以下 称 F 2 8 1 2 自带 的 AD转换 模块 已经不 能 满足 数据采集要求n ] 。AD7 6 0 6是 一款完全集成 的多 通 道数 据采 集解 决方 案 ， 采用 5 V单 电源供 电 ， 可实 现 1 6位无失码性能 ， 在高噪声 电源条件下也能保持 这 一性能 。基 于 AD 7 6 0 6的 电压／ 电流 数 据 采 集 系 统 原理 如 图 1所 示 图 中 L P F 为 低 通 滤 波 器 。 AD7 6 0 6的模 拟输入 有 1 O V 和 5 V 两 种 范 围 ， 所 以传感器的输出经滤波电路后可直接与 AD7 6 0 6 连 接 ， 且 AD7 6 0 6提供 并行 接 口、 高速 串行接 口和并 行 字 节 接 口 3种 接 口， 可 以和 D S P直 接 连 接 ] 。 本 文采 用 F 2 8 1 2的外 部 扩展 并 口与 AD 7 6 0 6连 接 ， 实现 电压 、 电流数据 同步采 集功 能 ， 并 对 AD 7 6 0 6和 收稿日期 2 0 1 3 0 8 1 5 。 基金项目 中国科学院战略性先导科技专项 X DA 0 1 0 2 0 3 0 4 。 作 者简介 陶海军 1 9 8 0 一 ， 男 ， 河南焦作人 ， 讲师， 博 士研究生 ， 主要研究方 向为电气传动和开关电源 。 E ma i l t a o h j 9 9 h p u ． e d u ． c n 。 2 0 1 3年第 1 2期 陶海军等 基 于 AD 7 6 0 6的多通道数据采集 系统设计 1 1 1 F 2 8 1 2的 A D 转换模 块进 行性 能分 析 。 悃 AD7 5 0 6 图 1 基 于 A D7 6 0 6的电压／ 电流数据采集 系统原 理 1系统硬件 接 口 电路 1 ． 1 电 压 ／电流 输 入 电路 经 电流或 电压传 感器输出 的模拟信号一般为 4 ～2 O mA 的 电流信 号或 者 1 0 V 和 5 V 的电压 信号 。为了使数据采集系统具有通用性 ， 在模 拟信 号输 入端 需设 计一 个可 选 的 电压 ／ 电流输 入 电路 ， 如 图 2所示 。 ⋯ 图 2 司选 的 电压 ／ 电 流输 入 电 路 当采集的信号是 电流信号时 ， 需要将输入 的电 流信 号 转 换 为 电压 信 号 ， 故在 输 入 端并 联 R 和 R2 作为 取样 电阻 。取 样 电阻 的阻值 为 R Ui ／ i 1 式 中 为 采 集 的 电 流 信 号 ， 范 围 为 4 ～ 2 0 mA； 【 ， 为转换后的电压信号 ， 可取1 O V和5 V两种 范 围 。 当采集的信号是 电压信号时 ， 省略图 2中的电 阻 R 和 R 即可 。 1 ． 2输 入 滤 波 电路 输人 的差分信 号 u P 。 ， UA 1 N N o 经 I N A2 1 3 4 转 换 成 单 端 信 号 【 ， 圳 。 ， U 。 一U州 P 。 一U删 N 。 ， 然 后 从 AI N0端输 出 ， 如 图 3所 示 。I NA2 1 3 4的差 分 线 路 由高性 能 运算 放大 器组成 ， 具 有低 失真 、 高 压摆 率和 良好的动态响应等特性 。输入源阻抗 即信号 输 入 AI N P 0 、 AI N NO两 端 的 串联 阻 抗 必 须 相 等 ， 以保证 良好 的共 模抑 制 。1 5 V 电源 经 去耦 电 容 给 I NA2 1 3 4 供 电 ， 这些 电容 要充 分靠 近 I NA2 1 3 4 的引脚 。 1 ． 3 AD7 6 0 6硬 件 电路 A D7 6 0 6的外围电路及其与 F 2 8 1 2的接 口电路 如 图 4所 示 。 5 V 电源 经 过 1 0 0 n F和 1 O“ F去 耦 电容 连 接 到 AD 7 6 0 6的 4个 VC C 电 源 引脚 ； V D R I VE l 脚 接到 F 2 8 1 2的供 电电源， 使两者 的 接口电平兼容 ； 从 I NA 2 1 3 4输出的单极性模拟信号 接人AD7 6 0 6 的V1 一V8 引脚 ； 转换输 出 的数字 信 图 3输 入 滤 波 电路 号 D B 0 --DB 1 5接 到 F 2 8 1 2的 数 据 口； B US Y 引 脚 接 到 F 2 8 1 2的 外 部 中 断 引 脚 X I NTI AD； n R D／ s c L K引脚接到 F 2 8 1 2的读选通信号 X R D； n C S引 脚接 到 F 2 8 1 2的外 部 接 口引脚 XZ C S 1 ； R E S E T 引 脚 和 C ONVS T A 引 脚 ， C ONVS T B 引 脚 接 到 F 2 8 1 2的普 通 I ／ O端 口 GP I O6和 GP I O7 。 V 图 4 AD7 6 0 6外 围 电路 及 其 与 F 2 8 1 2的 接 口 电路 1 ． 4 外部基 准 电压 源 AD7 6 O 6内置 一 个 2 ． 5 V 片 内带 隙 基 准 电 压 源 ， 然而对于要求高精度 的多通道数据采集应用场 合 ， 还需使用外部精密基准 电压源 AD R 4 2 1 。当选 择外部基准电压源时， A D7 6 0 6的 R E F S E L E C T引 脚接 逻辑 低 电平 ， 同时 R E F I N／ OUT 引脚 接一 个 不 1 1 2 工矿 自动化 2 0 1 3年 第 3 9卷 小 于 1 0 0 n F的去耦 电容 ， 如 图 5 所 示 。 图 5外部基准 电压源 电路 2系统 软件 设计 并行 模 式 下 基 于 AD 7 6 0 6的 电压／ 电流 数 据 采 集 系统 进 行 AD转 换 时读 取 数据 时 序 如 图 6所 示 。 首先给 AD 7 6 O 6的 R E S E T引脚一个 高电平的脉冲 信 号 ， 高 电平 脉 冲宽度 为 5 0 r l s ， 将 AD7 6 0 6复位 ， 然 后 给 AD7 6 0 6 的 C ONV S T A、 C ONVS T B 引 脚 一 个低电平的脉冲信号， 启动 AD转换 ， AD 7 6 0 6的 B US Y 引 脚 变 为 高 电 平 ， 开 始 AD 转 换 过 程 ； 当 AD转 换结 束 后 ， AD 7 6 0 6的 B US Y 引 脚 自动 变 成 为低 电平 ， 对 AD7 6 0 6进行 读操 作 ， 读取 并行 数据 总 线 上 的数据 。图 7为系 统主程 序 和中断 程序流 程 。 3 系统测试 及性 能分 析 3 ． 1 F 2 8 1 2自带的 AD 转换模 块测试 实验 测 试条 件 输 入 电压为 0 ～3 V， 连 续转换 模式 ， CONVS TA C0NVS TB BUSY CS ， RD D B[ 1 5 0 ] F RS TDA r A 启动通道 1 一通道 4保持时间 图 6 并行模式 下 A D转换读 取数据 时序 a 主程 序 流 程 b 中断 程 序 流 程 图 7 系统主程序和 中断程序流程 每 采集 2 5 6个 值求 平 均 ， 转换 后 的数字 量 取 1 0位 ， 结 果见 表 1 。 3 ． 2 AD7 6 0 6测 试 实验 测试 条 件 输入 电压 为 0 ～3 V， AD7 6 0 6的量程 为 1 O V， 转 换后 的数字 量取 1 6位 ， 结果 见表 2 。 表 1 F 2 8 1 2自带 的 AD转换模块测试结果 给定 电压 转换电压 理论值 误差 给定电压 转换电压 理论值 误差 模拟量 ／ V 数字量 ／ b i t 数字量 ／ b i t 数字量 ／ b it 模拟量 ／ V 数字量 ／ b i t 数字量 ／ b i t 数字量 ／ b i t o ． 0 6 9 3 2 2 4 8 1 ． 5 7 1 5 6 0 5 3 6 2 4 0 ． 2 6 8 9 7 9 1 6 1 ． 7 7 1 6 3 1 6 0 5 2 6 o ． 4 6 8 1 7 4 1 6 o 1 4 1 ． 9 7 1 6 9 5 6 7 3 2 2 o ． 6 6 8 2 4 3 2 2 8 1 5 2 ． 1 7 0 7 7 2 7 41 3 1 o ． 8 6 8 3 0 8 2 9 6 1 2 2 ． 3 7 0 8 3 2 8 0 9 2 3 1 ． o7 1 3 8 1 3 6 6 1 5 2 ． 5 7 0 9 0 5 8 7 7 2 8 1 ． 27 2 4 5 1 4 3 4 1 7 2 ． 7 7 0 9 7 5 9 4 5 3 0 1 ． 47 2 5 1 9 5 0 2 1 7 2 ． 9 7 0 1 0 1 8 1 0 1 4 4 表 2 A7 6 0 6 测试结果 给定电压 转换电压 理论值 误差 给定 电压 转换 电压 理论值 误差 模拟量 ／ V 数 字量 ／ b i t 数字量 ／ b i t 数字量 ／ b i t 模拟量 ／ V 数字量 ／ b i t 数字量 ／ b i t 数字量 ／ b i t o ． 0 7 0 2 2 8 2 2 9 1 1 ． 5 7 1 5 1 4 8 5 1 4 8 o 0 ． 2 6 9 8 8 1 8 81 0 1 ． 7 7 1 5 8 0 3 5 8 0 3 0 o ． 4 6 9 1 5 3 5 1 5 3 7 2 1 ． 9 7 1 6 4 5 8 6 4 5 9 1 o ． 6 6 8 2 1 8 9 2 1 8 9 0 2 ．1 7 0 7 1 2 3 7 1 1 1 1 2 o ． 8 6 8 2 8 4 3 2 8 4 4 1 2 ．3 7 0 7 7 7 7 7 7 6 6 1 1 1 ． 0 7 2 3 5 1 0 3 5 1 3 3 2 ． 5 7 0 8 4 2 3 8 4 21 2 1 ． 2 7 2 4 1 6 5 4 1 6 8 3 2 ． 7 7 0 9 0 7 6 9 0 7 7 1 l _ 4 7 2 4 8 1 7 4 8 2 3 6 2 ． 9 7 0 9 7 2 9 9 7 3 2 3 第 3 9卷 第 1 2期 2 0 1 3 年 1 2月 工矿 自 动化 I nd us t r y a n d M i ne Au t o ma t i on Vo L 3 9 NO ． 1 2 De c ． 2 O 1 3 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 3 1 2 一 o 1 1 3 0 4 DO I 1 0 ． 7 5 2 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X． 2 0 1 3 ． 1 2 ． 0 2 9 郑鑫 ， 宋建成 ， 曲兵妮 ， 等． 开关磁阻电动机驱动系统人机界面设计E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 1 2 1 1 3 1 1 6 ． 开关磁阻电动机驱动系统人机界面设计 郑鑫 。 ， 宋建成 。 ， 曲兵 妮 ， 靳 志欣 ， 张 中华 1 ． 太原 理工 大学 电气 与动力 工程 学 院 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 煤矿装备与安全控制山西省重点实验室 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 针对现有的开关磁 阻电动机驱动 系统缺乏友好的人机界面来显示系统运行状 态、 设置给定参数的 问题 ， 提 出了一种基 于简化 的 Mo d B u s 通 信协 议 的开 关磁 阻 电动机 驱 动 系统 人机 界 面的 设计 方 案 。给 出 了 开关磁阻电动机驱动 系统总体结构 ， 详细介绍了人机界 面中串行通信 电路及通信程序的设计 。调试结果表 明， 该人机界面运行稳定， 实现 了开关磁 阻电动机驱动 系统的友好显示和在线参数修改功能。 关键 词 开 关磁 阻电动机 驱 动 ；人 机 界 面 ；Mo d B u s通信 协议 ；串行 通信 中 图分 类 号 TD 6 1 4 文献标 志码 B 网络 出版时 间 2 0 1 3 1 1 2 8 1 7 3 8 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 3 1 1 2 8 ． 1 7 3 8 ． 0 2 9 ． h t ml De s i g n o f h u ma n ma c hi n e i nt e r f a c e o f s wi t c h e d r e l u c t a n c e d r i v e s y s t e m ZHENG Xi n 一， S ONG J i a n c h e n g 一， QU B i n g n i 一， J I N Z h i x i n 一， ZHANG Zh o n g h u a 1 ． C o l l e g e o f El e c t r i c a l a n d P o we r E n g i n e e r i n g ， Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， Ch i n a ；2 ． S h a n x i Ke y La b o r a t o r y o f Co a l Mi n i n g Eq u i p me n t a n d S a f e t y C o n t r o l ，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，Ch i n a Abs t r a c t I n vi e w of p r o bl e m t ha t c ur r e nt s wi t c he d r e l u c t a nc e dr i v e s ys t e m s a r e l a c k of f r i e n dl y huma n m a c hi n e i nt e r f a c e t o di s pl a y r unn i ng s t a t e o f t he s y s t e m a nd s e t gi v e n p a r a me t e r s，t he pa p e r pr o po s e d a de s i g n s c he me of huma n ma c hi ne i nt e r f a c e o f s wi t c he d r e l uc t a nc e d r i v e s y s t e m ba s e d o n s i m p l i f i e d M od Bu s c o mm u ni c a t i o n p r ot oc o1 ．I t g a ve ge n e r a l s t r u c t u r e of t he s wi t c he d r e l u c t a nc e d r i ve s ys t e m ，a n d i n t r od uc e d 收稿 日期 2 0 1 3 0 8 ～ 1 9 。 基金项 目 太原市科技局大学生创新创业 专项 1 1 0 1 4 8 0 3 2 。 作者简介 郑鑫 1 9 8 5 一 ， 男 ， 山西怀仁人 ， 硕 士研究生 ， 研究方 向为矿用智能电器 ， E ma i l z h e n g x i n 6 3 3 1 1 6 3 ． C O 1T I 。 从 测 试 结 果 可 看 出 ， F 2 8 1 2自带 的 AD 转换 模 块 的测量 误 差较 大 ， 为 2 ％～6 ％ ； AD 7 6 0 6的测 量 误 差 小 于 1 ， 大 部 分 在 0 ． 2 以 下 。 因 此 ， 采 用 AD 7 6 0 6进行 AD转换的结果精度高 、 误差小。 4 结语 针对 F 2 8 1 2自带的 AD转换模块不能满足同步 采集 电流和电压参数要求 的问题 ， 设计 了 AD 7 6 0 6 与 F 2 8 1 2的接口电路， 并 对 AD7 6 0 6和 F 2 8 1 2自带 的 AD转换模块进行 了性能测试分析 。测试结果表 明， 与 F 2 8 1 2自带 的 AD模块进行 AD转换的结果 相比， 采用 AD 7 6 0 6进行 AD转换的结果精度高 、 误 差小 ， 适合高精度 AD转换电路。 参考文献 E l i E 2 ] [ 3 3 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 王伟 ， 杨智 涛 ， 吴佳 楠 ， 等． 提 高 D S P的 AD转换 器精 度 的研究 与实 现[ J ] ． 现代制造工 程 ， 2 0 0 9 9 4 7 4 8 ． 周 志久 ， 吴灿 ， 张英 ． 基于 D S P的数据 采集 系统设 计与 实现 E J ] ． 航 天控制 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