基于S3C2410A多個AD7656-1組成菊花鏈的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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④菊花鏈中的每塊AD7656-1的CONVST X(X=A、B、C)都要接主控處理器發(fā)送來的CONVERT信號，即配置為每塊AD7656-1的V1～V6通道同時采樣。
3 AD7656-1菊花鏈與S3C2410A接口設(shè)計
3．1 硬件電路設(shè)計
采用2片 AD7656-1配置成菊花鏈，可實現(xiàn)12通道同時采樣，數(shù)據(jù)通過DOUT A口輸出，S3C2410A用同步串行接口0(SPIO)接收數(shù)據(jù)，如圖4所示。S3C2410A的GPEll引腳實現(xiàn)片上同步串行接口SPlO的 MISO功能，GPEl3(SCK)引腳實現(xiàn)SPIO接口的同步時鐘輸出，GPFO引腳配置為中斷EINTO輸入并與AD7656-1(1)的BUSY腳相連；GPBO設(shè)置為PWM輸出，GPG9引腳沒置為通用輸出口，分別作為AD7656-1(1)和AD7656-1(2)的CONVST和CS的控制信號輸入。AD7656-1連接外圍電路時，必須對關(guān)鍵引腳進(jìn)行必要的設(shè)置：AD7656-1(1)、AD7656-l(2)的DVCC、AVCC、 VDRIVE、REFIN／OUT和VSS引腳須并聯(lián)一個1 μF的去耦電容；為了與S3C2410A的3．3 V的接口匹配，VDRIVE接+3 V電源；STBY接VDRIVE，選擇正常模式；RANGE接地表示選擇輸入范圍±10V；H／s接數(shù)字地選擇為硬件配置；SER／PAR接 VDRIVE，RD接數(shù)字地，選擇為串行模式。AD7656-1(1)的DCEN接VDRIVE，配置為菊花鏈模式，且SEL A接VDRIVE，SEL B、C，DCIN A、B、C接數(shù)字地；AD7656-1(2)的DCEN接數(shù)字地，配置為非菊花鏈模式，且SEL A接VDRIVE，SEL B、C，DCIN B、C接數(shù)字地。具體配置如圖5所示。
3．2 數(shù)據(jù)采集傳輸流程
通過定時器中斷來控制信號的采樣間隔，設(shè)定S3C2410A的定時器0作為采樣定時器，并設(shè)置其工作于PWM方式，定時器0的PWM輸出TOUTO作為AD7656-1的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制信號CON-VST的輸入，引腳GPFO (EINTO)設(shè)置為下降沿觸發(fā)。A／D采樣操作時序如圖6所示。當(dāng)采樣定時器中斷發(fā)生，TOUTO(引腳GPBO)輸出高電平，發(fā)送CONVST信號給菊花鏈上的每個AD7656-1開始模數(shù)轉(zhuǎn)換。3μs后12個通道的數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換完，BUSY信號從高電平向低電平轉(zhuǎn)換，觸發(fā)EINTO中斷，開始數(shù)據(jù)傳送；GPG9輸出低電平給AD7656-1(1)和AD7656-1(2)的CS引腳，同時S3C2410A的SPI通道0開始讀數(shù)據(jù)。讀完12個通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果后，GPG9恢復(fù)高電平輸出，TOUTO輸出低電平，完成一次采樣。等待下一個采樣定時器中斷發(fā)生，進(jìn)行下一個采樣?？赏ㄟ^設(shè)定定時器0的內(nèi)部寄存器TC-MPBO的值來控制TOUTO輸出高電平的寬度TPH。
AD7656-1通過DOUT A發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)給S3C2410A，其發(fā)送時序如圖7所示。當(dāng)BUSY從高電平返回低電平時表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，觸發(fā)外部中斷，EINTO，通知 S3C2410A啟動SPI接收數(shù)據(jù)，CS信號變?yōu)榈碗娖介_始串行傳輸。在整個傳輸過程中，CS一直維持低電平，直到傳輸完為止。
3．3 軟件設(shè)計
在對三相交流電進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過程中，每個周期要求采樣256點，即20 ms采樣256點，也就是每78．125μs采樣一次。S3C241OA定時器O每78．125μs發(fā)生一次定時中斷，啟動A／D轉(zhuǎn)換。12個通道的數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換完后，BUSY信號變低觸發(fā)外部中斷0，通知S3C2410A讀取數(shù)據(jù)。S3C2410A輸出片選信號CS給AD7656-1，并通過SPIO開始讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。SPIO配置為主入從出(MISO)和MDA接收模式，因其只接收數(shù)據(jù)，故需同時發(fā)送啞元“OxFF”。把12路數(shù)據(jù)讀完，退出中斷，等待定時器下一次定時到，啟動下一次轉(zhuǎn)換。待256點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完之后，暫停定時計數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。完成后再次啟動定時，完成下一個周期的256點采集，流程如圖8(a)所示。其包括兩個中斷子程序：采樣定時器中斷子程序，用于啟動采樣信號CONVST并給外部中斷0置位，允許響應(yīng)BUSY下降沿觸發(fā)中斷，如圖8(b)所示；外部中斷0(EINTO)子程序，用于啟動SPIO接收數(shù)據(jù)，如圖8(c)所示。
4 結(jié) 論
本文介紹了16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7656-1的菊花鏈工作原理，設(shè)計了基于AD7656-1菊花鏈與S3C2410A數(shù)據(jù)采集接口，可實現(xiàn)12通道、高精度的ADC。SPI串行傳輸具有占用微處理器I／O資源少，硬件連接簡單等特點。當(dāng)菊花鏈中AD7656-1芯片數(shù)量較多時，為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率并滿足實時性要求，可以采用2個或3個串行口傳輸數(shù)據(jù)。主控處理器也可以采用DSP芯片，同樣能實現(xiàn)菊花鏈。本設(shè)計方案可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控、變電站保護(hù)測控IED等嵌入式系統(tǒng)。
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