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數(shù)據(jù)采集是計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)不可缺少的部分,它直接關(guān)系到控制的精度｡本文介紹的LTC1290是LT公司的一款串行數(shù)據(jù)采集芯片,它具有分辨率高､與MCU接口簡(jiǎn)單､通信參數(shù)設(shè)置方便等特點(diǎn)｡由該芯片與MC68331微處理器組成的某型箭桿織機(jī)經(jīng)紗張力采集系統(tǒng)具有極高的采集精度,可為經(jīng)紗張力的精密控制提供可靠保障｡ 1 LTC1290簡(jiǎn)介 LTC1290是串行數(shù)據(jù)采集芯片,內(nèi)部集成了采樣保持器和12位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器｡它有八個(gè)輸入通道,可以編程為單端或差動(dòng)式輸入｡單端模式下可以共享一個(gè)片內(nèi)采集保持器｡空閑模式下可編程為省電模式｡其串行口與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行口兼容,轉(zhuǎn)換結(jié)果可以方便的編程為高位在前或者是低位在前,也可以編程為八位､十二位或者十六位輸出,這就使得它可以方便地與移位寄存器和多種處理器進(jìn)行連接｡圖1是LTC1290的內(nèi)部功能框圖及外部引腳｡ LTC1290主要包括模擬輸入通道､采樣保持､12位模數(shù)轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換控制等部分｡其中多路模擬輸入單元用于接收外部八路模擬輸入,并可根據(jù)輸入控制命令選擇輸入模式及所采集的數(shù)據(jù)通道;采樣保持器完成對(duì)所選模擬信號(hào)的采樣與保持以便進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換;數(shù)模轉(zhuǎn)換器將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);控制及時(shí)鐘單元控制片選及時(shí)鐘轉(zhuǎn)換等｡ 2 引腳說(shuō)明 CS:片選端,該端置低將啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸; CH0~CH9:模擬信號(hào)輸入端; COM:輸入信號(hào)公共端; DGND和AGND:數(shù)字地和模擬地; VCC和V-:正負(fù)供電端; REF-和REF+:分別為標(biāo)準(zhǔn)參考正負(fù)電源端; DIN:控制命令輸入端,用于設(shè)置采集參數(shù); SCLK:串行移位時(shí)鐘,用于控制輸入和輸出數(shù)據(jù); ACLK:模數(shù)轉(zhuǎn)換脈沖,用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換; DOUT:轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端｡ 3 LTC1290的工作過(guò)程 LTC1290采用同步､全雙工､四線方式與微處理器進(jìn)行串行通信,具體時(shí)序如圖2所示｡當(dāng)移位時(shí)鐘與移位數(shù)據(jù)寄存器同步時(shí),系統(tǒng)將在SCLK的下降沿發(fā)送數(shù)據(jù),并在SCLK的上升沿捕獲數(shù)據(jù)｡發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行(全雙工)｡在片選端CS下降沿啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸后,微處理器將通過(guò)串行輸出發(fā)出采集參數(shù)控制命令字節(jié)到輸入移位寄存器｡該控制命令字節(jié)是下一次待轉(zhuǎn)換的控制參數(shù),而不是當(dāng)前轉(zhuǎn)換的控制參數(shù)｡在輸入控制命令的同時(shí),當(dāng)前數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果將通過(guò)DOUT端輸出｡當(dāng)控制命令字節(jié)傳輸完畢而上次轉(zhuǎn)換輸出尚未完成時(shí),DIN端數(shù)據(jù)不影響轉(zhuǎn)換控制｡數(shù)據(jù)交換完畢后啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換,此刻片選端CS應(yīng)置為高電平并且在整個(gè)轉(zhuǎn)換期間應(yīng)一直為高｡轉(zhuǎn)換結(jié)果將在下次數(shù)據(jù)交換時(shí)輸出,轉(zhuǎn)換結(jié)果要比輸入字節(jié)延遲一個(gè)CS周期,如圖3所示｡ 每次數(shù)據(jù)采集前都要設(shè)置采集參數(shù),以向輸入移位寄存器寫入正確的控制命令字節(jié)｡控制命令字節(jié)為下降沿開(kāi)始后輸入的前八位,可用于設(shè)置有關(guān)數(shù)據(jù)采集的參數(shù)｡八位控制命令字節(jié)定義如圖4所示｡圖中前四位用于選定要采集的數(shù)據(jù)通道以及確定是差動(dòng)輸入還是單端輸入｡第五位(UNI)確定轉(zhuǎn)換是單極還是雙極的,該位為邏輯“1”表示單極,否則為雙極｡第六位用于確定轉(zhuǎn)換結(jié)果高低位輸出順序:為“1”時(shí),輸出順序?yàn)楦呶辉谇?反之低位在前｡最后兩位(WL1和WL0)用來(lái)確定當(dāng)前輸出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度或編程為省電方式,具體見(jiàn)表1｡ 表1 長(zhǎng)度位功能定義 WL1 WL0 輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 WL1 WL0 輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 0 0 8位 1 0 12位 0 1 省電模式 1 1 16位 4 LTC1290與微處理器的接口 LTC1290可以與大多數(shù)通用微處理器的同步串行接口直接相連,而不需要外接任何電路｡如果微處理器沒(méi)有串行接口,可將它的四根并行線編程為串口與LTC1290相接｡本文以它與MC68331的接口為例闡述其連接方法及實(shí)際應(yīng)用｡ 5 LTC1290在織機(jī)張力采集中的應(yīng)用 在織機(jī)中,經(jīng)紗張力是必須嚴(yán)格監(jiān)測(cè)和控制的,否則就可能出現(xiàn)經(jīng)紗松弛或張力過(guò)大而導(dǎo)致斷紗､停機(jī)､出現(xiàn)稀密緯,從而影響產(chǎn)品質(zhì)量和效率｡可以說(shuō)張力大小的精密控制是織機(jī)性能的關(guān)鍵之一,而張力精密控制的前提是對(duì)張力的精密檢測(cè)｡本箭桿織機(jī)自從采用LTC1290和MC68331構(gòu)成經(jīng)紗張力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后,采集精度很高(12位,分辨率達(dá)到0.0003)控制效果很好｡ MC68331是摩托羅拉公司的32位單片機(jī),該單片機(jī)功能強(qiáng)大､ 工作速度高､數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng),特別是其內(nèi)部集成了可獨(dú)立于CPU的定時(shí)處理單元和隊(duì)列串行模塊,從而減輕了CPU的開(kāi)銷,特別適用于實(shí)時(shí)多任務(wù)的處理｡其隊(duì)列式串行外圍接口可用于MC68331與其他外設(shè)或者M(jìn)CU之間進(jìn)行同步串行通信,它有主從兩種模式｡MC68331有自己的發(fā)送數(shù)據(jù)RAM､接收數(shù)據(jù)RAM以及命令RAM｡其通信參數(shù)設(shè)置方便,可以獨(dú)立于CPU運(yùn)行,一次最多可以傳輸8到256位數(shù)據(jù)而不需要CPU干預(yù)｡MC68331與LTC1290的接口電路如圖5所示｡ 在圖5所示電路中,LTC1290用于采集數(shù)據(jù)通道送來(lái)的經(jīng)紗張力信號(hào),它采用單端模式,微處理器串行通信采用主機(jī)模式｡MC68331通過(guò)PCS0發(fā)出片選控制信號(hào),并通過(guò)SCLK發(fā)出串行時(shí)鐘以啟動(dòng)數(shù)據(jù)的串行傳輸,從MOSI端將發(fā)送數(shù)據(jù)RAM中的采集參數(shù)設(shè)置命令發(fā)送給LTC1290,同時(shí)通過(guò)MISO端將轉(zhuǎn)換結(jié)果納入接收數(shù)據(jù)RAM,以等待CPU取走采集數(shù)據(jù)｡數(shù)據(jù)采集程序流程如圖6所示｡ 6 結(jié)束語(yǔ) LTC1290數(shù)據(jù)采集芯片分辨率高?轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置靈活､可與絕大多數(shù)微處理器直接連接而不需要任何外部電路,從而給用戶帶來(lái)了極大的方便｡筆者在某箭桿織機(jī)經(jīng)紗張力采集系統(tǒng)中使用該芯片后,數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠,完全可滿足張力精密控制要求｡ |
