基于CS5321與CS5322多路數(shù)據(jù)采集

　 CS5322 的 DRDY為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào)引腳。當(dāng)DRDY為高電平時(shí)，表示CS5321/CS5322組成的∑一△A/D轉(zhuǎn)換器已經(jīng)進(jìn)行完一次轉(zhuǎn)換，并已由CS5322將數(shù)據(jù)在其輸出緩沖器中準(zhǔn)備好，數(shù)據(jù)可以從串行口輸出。CS5322中讀操作控制插針有CS、R/W、SCLK、SOD。當(dāng)CS=O且R/W=1時(shí)，串行口處于讀操作有效。RSEL引腳用來選擇串口輸出的是數(shù)據(jù)緩沖器，還是狀態(tài)緩沖器的數(shù)據(jù)，SOD為串行數(shù)據(jù)輸出插針。當(dāng)讀狀態(tài)被選擇后，不管SCLK是高電平還是低電平，第一位輸出數(shù)據(jù)都會(huì)在SOD插針出現(xiàn)，并且在SCLK的下降沿終止。第一個(gè)SCLK下降沿后，每一個(gè)SCLK的上升沿從SOD引腳輸出一位數(shù)據(jù)。輸出的位流順序?yàn)楦呶?MSB)在前低位(LSB)在后。

　 2．2 多通道串行接口的原理

　 通過以上對(duì)CS5322的串行讀操作時(shí)序的分析，可以得到利用CS5321/CS5322實(shí)現(xiàn)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳統(tǒng)方案。以M通道為例，系統(tǒng)的框圖如圖4所示。

　 在由CS5321/CS5322組成的∑一△A/D轉(zhuǎn)換器的多通道采集系統(tǒng)中，傳統(tǒng)方案如圖4所示。通過控制器輪流接通各道的DRDY信號(hào)，在DRDY為高電平時(shí)各道輪流從SOD引腳將數(shù)據(jù)輸出到控制器。由CS5321/CS5322所組成的∑一△A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率，由DECC、DECB、DECA三位設(shè)定，可以為62．5 Hz～4 kHz等7種。對(duì)應(yīng)每一種采樣率，所要求的移位時(shí)鐘(SCLK)的最低頻率fmin=fs×24(fs為采樣率)。在典型用法中，只需要根據(jù)采樣率要求設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)鐘源，使它的頻率略高于，fmin即可。時(shí)序示意如圖5所示。

2.3 對(duì)傳統(tǒng)方案的改進(jìn)

　 按照上述方案，雖然可以完成多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但是用這種方案設(shè)計(jì)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成一次多道數(shù)據(jù)采集傳送的周期(T=m×24/fs)很長，特別是圖5 傳統(tǒng)方案的多通道數(shù)據(jù)采集時(shí)序示意圖隨著m的增大，即通道數(shù)的增加，T將成倍增加。

　 通過對(duì)CS5321/CS5322的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CS5322對(duì)SCLK要求的最小周期可以為100 ns，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法所采用的移位時(shí)鐘頻率。因此，可以通過加快串行移位時(shí)鐘(SCLK)來加快讀出數(shù)據(jù)的速率，從而實(shí)現(xiàn)在一個(gè)采樣周期內(nèi)讀出多道的數(shù)據(jù)。

假設(shè)SCLK的頻率為fb，則每道的24位的數(shù)據(jù)需要的移位時(shí)間為tm=24/fb，又采樣周期為Ts=1/fs(fs可以為62.5 Hz、125 Hz、250 Hz、500 Hz，1 kHz、2 kHz、4 kHz)，fb的最大值可以達(dá)到10 MHz，只要適當(dāng)提高fb就可以使tm《Ts，這樣在一個(gè)采樣周期里最多可以完成Ts/tm道數(shù)據(jù)傳送，大大地提高了多通道數(shù)據(jù)采集傳送的速度。例如，當(dāng)fs=1 kHz，fb=1 MHz，則由以上分析可知， 理論上一個(gè)采樣周期里最多可以傳送42個(gè)通道的串行數(shù)據(jù)。考慮到器件延時(shí)等多種因素，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)比此理論值小。

　 改進(jìn)后的連線框圖，是在圖4的基礎(chǔ)上去掉虛線部分，直接將第一通道的DRDY與FSR相連即可。改進(jìn)方圖6 改進(jìn)方案的多道數(shù)據(jù)采集時(shí)序示意圖改進(jìn)后的多路∑一△A/D轉(zhuǎn)換器同時(shí)進(jìn)行卷積運(yùn)算和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并幾乎同時(shí)產(chǎn)生DRDY信號(hào)，但只有第一道的DRDY信號(hào)接到控制器的幀同步引腳(FSR)，來觸發(fā)處理器的串口接收1幀數(shù)據(jù)。各通道的片選CSl、CS2……CSm由控制器在一個(gè)采樣周期里依次選中，各通道的SOD引腳都直接連接到控制器的DR引腳，整個(gè)系統(tǒng)的移位時(shí)鐘可以由外部時(shí)鐘源提供，也可以由控制器產(chǎn)生。

　 整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過程如下：①初始化，啟動(dòng)A/D。②將A/D轉(zhuǎn)換器的R/W置高電平，并設(shè)置采樣率。③當(dāng)DRDY變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)使CSl有效，開始第一道數(shù)據(jù)采集；當(dāng)24位數(shù)據(jù)全部接收完畢，第一道完成，使CS2有效，開始第二道采集，依次完成M道數(shù)據(jù)采集。④將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并處理。

結(jié) 語

　 目前，基于CS5321與CS5322的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在石油勘探、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。與其他具有相應(yīng)用途的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的采集速率更快，精度更高，實(shí)時(shí)性更好。本文介紹的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想有一定的通用性，并且對(duì)傳統(tǒng)方案作了一些改進(jìn)，可以進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的采集速率。