LPC1768與AD7656帶時(shí)標(biāo)采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：以微控制器LPC1768為核心控制AD7656的采樣電路，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)帶上準(zhǔn)確時(shí)間標(biāo)記的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)采用LPC1768片內(nèi)資源SSP0控制AD7656進(jìn)行采樣，并使用片內(nèi)資源RTC，以獲得帶有實(shí)時(shí)時(shí)間標(biāo)示的采樣數(shù)據(jù)。帶時(shí)標(biāo)采樣系統(tǒng)在工業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中有良好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：時(shí)間標(biāo)示；LPC1768；AD7656；RTC；SSP

引言
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)被測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)時(shí)常需要帶時(shí)標(biāo)。過(guò)去常外擴(kuò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563，使用I2C接口與控制器相連，來(lái)獲得時(shí)間。該設(shè)計(jì)需要外擴(kuò)硬件資源，并且消耗控制器資源，使用效果不佳。恩智浦(NXP)公司的基于最新ARMv7內(nèi)核的LPC1768，內(nèi)嵌實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，系統(tǒng)
掉電仍可繼續(xù)運(yùn)行，可由自帶的電源引腳VBAT供電，進(jìn)行不間斷地計(jì)時(shí)。數(shù)模采樣模塊采用ADI公司的AD7656，高精度、高速度、高信噪比、良好的實(shí)用性等特點(diǎn)使其成為模／數(shù)轉(zhuǎn)換的極佳選擇。使用LPC1768為控制核心，配合高效的AD7656模／數(shù)芯片，構(gòu)成采樣數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)的實(shí)時(shí)采樣系統(tǒng)，在工業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中有十分廣闊的應(yīng)用前景。

1 硬件設(shè)計(jì)
1．1 芯片簡(jiǎn)介
Correx系列基于ARM公司的架構(gòu)ARMv7，包括Cortex-A(應(yīng)用處理器)、Cortex-R(實(shí)時(shí)處理器)、Cor-tex-M(微控制器)三個(gè)系列，Cortex-M3是面向低成本、小引腳數(shù)目以及低功耗應(yīng)用，并且具有極高運(yùn)算能力和中斷響應(yīng)能力的處理器內(nèi)核。NXP的LPC1768便是基于Cortex-M3的處理器。
如同現(xiàn)在市場(chǎng)上多數(shù)控制器，LPC1768只內(nèi)建了1個(gè)帶8通道的12位的模／數(shù)轉(zhuǎn)換(少數(shù)芯片如TMS320F2812，帶有2個(gè)8通道12位的模／數(shù)轉(zhuǎn)換)，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)單元的同時(shí)采樣，并且實(shí)際達(dá)到的分辨率也只有9位半，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的需要。使用外擴(kuò)ADIAD7656芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)多路監(jiān)測(cè)采樣，可廣泛應(yīng)用于輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、儀表和控制系統(tǒng)等。
1．2 LPCI768芯片電路
硬件系統(tǒng)中，LPC1768FBD1OO作為主控芯片，其主頻最高為100 MHz。LPC1768有3種時(shí)鐘來(lái)源：
①osc-clk，片外時(shí)鐘(主振蕩器)輸入，外部晶振工作在(1～25 MHz)。
②rtc-clk，實(shí)時(shí)時(shí)鐘頻率輸入，實(shí)時(shí)時(shí)鐘本身需要1個(gè)外部晶振(1～32．768 kHz)。
③irc-clk，內(nèi)部振蕩時(shí)鐘(標(biāo)稱頻率4 MHz)，在上電和片上復(fù)位時(shí)使用irc時(shí)鐘，待軟件配置其他時(shí)鐘輸入；irc-clk達(dá)不到USB接口時(shí)間基準(zhǔn)精度要求，要使用USB功能，必須外接更高精度晶振。

圖1為RTC時(shí)鐘時(shí)域的總體設(shè)計(jì)框圖。使用12MHz的外部晶振，通過(guò)鎖相環(huán)倍頻后，以96MHz運(yùn)行。RTC時(shí)鐘輸入RTCXl、RTCX2，外接32.768 kHz晶振，采用獨(dú)立3．3 V電池供電，Vbat輸入端接二極管，防止電池反接造成芯片燒毀。芯片采用3．3 V供電，數(shù)字和模擬之間用O Ω電阻或者合適值的電感(電感值大小和電路設(shè)計(jì)本身有關(guān))隔開(kāi)。
JTAG仿真口接法如圖2所示。

ADI公司的AD7656有多種數(shù)據(jù)傳輸方式可供配置，相對(duì)于LPC1768豐富的串行傳輸方式和很少的I／0數(shù)量，并行傳輸要占用16位或8位數(shù)據(jù)線，占用資源太多。使用帶有8幀4～16位可配置FIFO的SSP總線，使其運(yùn)行在SPI模式下。
LPCI768的SSP同步串行控制器，占用4個(gè)引腳：
①SCK，串行時(shí)鐘線。作為同步時(shí)鐘信號(hào)，主機(jī)驅(qū)動(dòng)，從機(jī)接收，可配置高、低有效只在傳輸過(guò)程中有效；對(duì)應(yīng)引腳為P0．15或P1．20(SSP0使用)，PO．7或P1．31(SSPl使用)。