高速16位AD7665在基于GPRS遠(yuǎn)程振動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用

摘要：基于遠(yuǎn)程振動(dòng)檢測(cè)，提出一種高速、高精度、外圍電路簡(jiǎn)單的基于GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程振動(dòng)測(cè)試。通過(guò)功率放大器將正弦控制儀產(chǎn)生的正弦信號(hào)輸出至振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用AD7665將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成方便計(jì)算機(jī)方便傳輸、處理的數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)GPRS模塊MC55i將數(shù)字信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)程WEB服務(wù)器。詳細(xì)說(shuō)明了在遠(yuǎn)程振動(dòng)測(cè)試中的兩個(gè)關(guān)犍技術(shù)，AD7665的模數(shù)轉(zhuǎn)換及GPRS模塊MC55i的應(yīng)用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該技術(shù)能很好的應(yīng)于用無(wú)人值守遠(yuǎn)程振動(dòng)檢測(cè)，不受距離及環(huán)境影響。
關(guān)鍵詞：高速ADC；雙極性；編碼；振動(dòng)檢測(cè)；AD7665； GPRS

由于計(jì)算機(jī)的微型化、網(wǎng)絡(luò)化、性能價(jià)格比的上升和款件功能的日益強(qiáng)大，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)幾乎可以出現(xiàn)在任何場(chǎng)合：實(shí)時(shí)控制、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、信息處理、數(shù)據(jù)庫(kù)等。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集主要用微機(jī)進(jìn)行數(shù)字化測(cè)試分析。振動(dòng)測(cè)試儀器主要為以徽機(jī)為核心智能儀器。數(shù)字化測(cè)試的前撮是將傳感器從被測(cè)試設(shè)備測(cè)得的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化數(shù)據(jù)。因此摸數(shù)轉(zhuǎn)換的精度、速度將直接決定數(shù)字化測(cè)試分析的精度、速度。本文的目的即將一個(gè)AD轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)用于振動(dòng)測(cè)試。
AD7665內(nèi)置一個(gè)16位高速采樣ADC，擴(kuò)大了被測(cè)設(shè)備的振動(dòng)頻率范圍。一個(gè)電阻器輸入標(biāo)量(允許多種輸入范圍)，既而易于與多種不同的傳感器配套使用。一個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘、糾錯(cuò)電路，以及串行和并行系統(tǒng)接口，提高了AD轉(zhuǎn)換外圍電路設(shè)計(jì)的靈活性。
該器件具有3種采樣模式：極高采樣速率模式(Warp模式)；快速模式(正常模式)，適用于異步轉(zhuǎn)換速率應(yīng)用；低功耗模式(脈沖模式)，適用于低功耗應(yīng)用，其功耗與吞吐量呈比例關(guān)系。3種采樣模式使得系統(tǒng)功耗降至最低。

1 基本原理
逐次比較型A／D轉(zhuǎn)換器。就是將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓作多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。
對(duì)圖1的電路，在數(shù)據(jù)采集階段，它由啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)后，DAC內(nèi)部電容陣列梭用作采樣電容，并從IN的輸入端得到模擬信號(hào)。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后，的輸入變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)轉(zhuǎn)換狀態(tài)被啟動(dòng)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，控制邏輯電路使內(nèi)部時(shí)序產(chǎn)生器的最高位置1，其他位置0，其輸出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器將1 000……0，送入DAC。輸入電壓首先與DAC輸出電壓(REF／2)相比較，如IN≥VREF／2，比較器輸出為1，若INREF／2，則為0。比較結(jié)果存于數(shù)據(jù)寄存器的Dn-1位。然后在第2個(gè)CP作用下，移位寄存器的次高位置1，其他低位置0。如最高位已存1，則此時(shí)V0=(3／4)VREF。于是V1再與(3／4)VREF相比較，如V1≥(3／4)VREF，則次高位Dn-2存1，否則Dn-2=0；如最高位為0，則V0=VREF／4，與V0比較，如V1≥VREF／4，則Dn-2位存1，否則存0……。以此類推，逐次比較得到輸出數(shù)字量。在完成這個(gè)過(guò)程之后，控制邏輯將產(chǎn)生AD轉(zhuǎn)換代碼的輸出至并口(串口)，并將BUSY線的輸出置為低電平。

2 關(guān)鍵問(wèn)題
在AD轉(zhuǎn)換中時(shí)序問(wèn)題直接決定了AD轉(zhuǎn)換的成功與否，因此時(shí)序問(wèn)題將是本文解決的第一個(gè)問(wèn)題。另外由于本文采用的是雙極性的輸入，因此在AD7665的應(yīng)用中應(yīng)該注意輸入配置，以及編碼問(wèn)題。
2．1 時(shí)序問(wèn)題
圖2為AD轉(zhuǎn)換過(guò)程時(shí)序圖。信號(hào)控制AD7665轉(zhuǎn)換的開(kāi)始，一旦轉(zhuǎn)換開(kāi)始就不能被放棄或重新開(kāi)始，直到轉(zhuǎn)換完成。而信號(hào)與和互不干擾。

信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，要求有良好的邊緣特性。而SNR是一個(gè)臨界值，信號(hào)要求有很小的抖動(dòng)，可采用一個(gè)專門的振蕩器來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，或者采用高頻率低抖動(dòng)的時(shí)鐘來(lái)產(chǎn)生。
在Impulse模式中，可以自動(dòng)開(kāi)啟轉(zhuǎn)換。當(dāng)BUSY信號(hào)變?yōu)榈碗娖蕉?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" border="0" alt="a.jpg" width="40" height="14" src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20131009/177964_1_11.jpg" />信號(hào)保持低電平時(shí)，AD7665控制數(shù)據(jù)采集階段，并自動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)新的轉(zhuǎn)換。當(dāng)一直保持低電平時(shí)，AD7665將自動(dòng)保持轉(zhuǎn)換過(guò)程。值得注意的是，當(dāng)BUSY信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，模擬信號(hào)被輸入。同樣，當(dāng)上電時(shí)，被置為低電平以開(kāi)啟轉(zhuǎn)換過(guò)程。在Impulse模式中，AD7665的轉(zhuǎn)換速度將比570 kSPS高，而這個(gè)特征在Warp和Normal模式中所沒(méi)有的。