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在現代控制系統中，數據采集系統就像控制系統的“眼睛”和“耳朵”一樣，成為控制系統不可或缺的重要部分。它是各種控制系統獲取信息的一種重要途徑。由于數據采集系統的精度和實時性對于整個控制系統的性能至關重要，所以必須合理設計使其能提供預期的采樣速度、達到一定的轉換精度，并應該做到電路簡單、抗干擾性能強。本采集系統采用ADI公司生產的12位模數轉換器AD7862，它是一款高速、低功耗、雙核12位模數轉換器。能夠滿足系統對采樣精度和采樣速度的要求。控制器件采用dsPIC30F6010A數字信號控制芯片，它是Microchip公司生產的高性能16位數字信號控制器，內核包含一個DSP引擎，從而能夠顯著增強系統的運算和吞吐能力。 在某些數據采集系統中，不僅對數據采集系統的精度和實時性提出要求，而且要求其具有數據存儲功能，為了實現存儲功能，本系統使用SD卡。SD卡(Seeure Digital Memory Card)為安全數碼卡，是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，它具有存儲容量大，速度快等特點，被廣泛用于便攜式裝置上。 1 AD7862簡介 AD7862是一款高速、低功耗、雙核12位模數轉換器(ADC)，采用+5 V單電源供電。該器件內置2個4μs逐次逼近型ADC、2個采樣保持放大器、1個+2．5 V內部基準電壓源和1個高速并行接口。其內部結構如圖l所示。 由于AD7862內置2個ADC和2個采樣保持放大器，可以對2路模擬輸入信號進行同時采樣和轉換，從而保留這兩個模擬輸入信號的相對相位信息。這一功能適用在逆變器采集系統中。它共有4個模擬輸入，分成2個通道(A和B)，通過AO輸入選擇通道。每個通道的2個輸入(VA1與VA2或VB1與VB2)使用不同的ADC和采樣保持放大器可同時進行采樣和轉換。該器件可接收的模擬輸入范圍為±10 V(AD7862～10)、±2．5 V(AD7862-3)和O～2．5 V(AD7862-2)。本系統采用AD7862-10。模擬輸入均具有過壓保護，允許輸入電壓分別達到±17 V、±7 V或+7 V而不會造成損壞。 轉換開始信號低電平有效，同時將2個采樣保持放大器置于保持狀態，并啟動兩個輸入轉換操作。轉換開始后，置BUSY信號為高電平，表示轉換還未結束，當再次回到低電平時，表示轉換結束，此時便可讀取2個通道的轉換結果。實際應用中，先置為低電平一段時間，然后檢測BUSY信號，當為低電平時，就開始讀取轉換結果。轉換結束后的第一次讀取操作訪問VA1或VB1的結果，而第二次讀取操作訪問VA2或VB2的結果，具體取決于多路復用器選擇AO是低電平還是高電平。AO為低電平時，讀取VA1或VA2；A0為高電平時，讀取VB2或VB2。該器件的時序如圖2所示。 2 dsPIC30F6010A簡介 16位dsPIC30F6010A數字信號控制器是16位處理器系列。它是dsPIC30F電機控制和電源轉換系列，用于支持電機控制應用，也適用于不間斷電源、逆變器、開關電源及相關設備。 內部有144 KB片上閃存程序空間，8 KB片上數據RAM，4 KB非易失性數據EEPROM：工作速度最高可達30MI/s；5個16位定時器/計數器；可選擇將16位定時器配對組成32位定時器模塊；16位捕捉輸入功能；8個PWM輸出通道：具有互補或獨立輸出模式、邊沿對齊模式和中心對齊模式，4個占空比發生器、互補模式的死區時間控制：2個UART、2個SPI、1個I2C總線和2個CAN總線：最大I/O引腳數為68個。 dsPIC30F601OA處理器采用改進的哈佛架構，具有獨立的程序和數據存儲器總線。在執行訪問數據RAM當前指令的同時可從程序存儲器中預取下一條指令，這就加快了處理速度。數據空間為64 KB，大多數指令將其看作一個線性地址空間。當使用某些DSP指令，如DSP乘法指令時，該存儲空間被分成2塊，分別稱為X和Y數據空間。因此，這些DSP指令支持雙操作數讀操作，即，同一條指令可同時從X存儲空間和Y存儲空間中取數據。 3 系統設計 本采樣系統主要分為硬件部分設計和軟件部分設計。硬件部分是以dsPIC30F601OA為控制和處理核心，去控制AD7862和SD卡來實現數據的高精度、實時采集和實時存儲。信號的高精度和實時模數轉換由AD7862來實現，數據的存儲由控制器通過SPI接口訪問SD卡來實現。軟件部分主要由控制器I/O引腳的初始化、模數轉換開始控制、數據讀取和數據存儲等部分組成。 3．1 硬件部分實現 數據采集系統以16位dsPIC30F6010A數字信號控制器作為系統的控制和數據處理核心，產生控制信號控制AD7862實現高精度的實時數據采集。AD7862共需4個控制信號，分別為、AO、和。為轉換開始控制信號，A0為讀取通道選擇控制信號，它控制該通道進行A/D轉換和讀取其A/D轉換結果。為片選信號，低電平有效，在本系統中使其直接與地相連。為讀控制信號，低電平有效，當為低電平時可以按順序讀取VA1、VA2或VBl、VB2上的A/D轉換結果。通過以上分析共需3個控制信號，即dsPIC230F6010A的I/O接口RB8、RB9和RBl0，通過軟件產生。 AD7862還產生BUSY信號，通過它告知控制器A/D轉換完成，可以讀取結果。dsPIC30F6010A的中斷控制器支持5種外部中斷請求信號：IN-T0～INT4。這些輸入是邊沿敏感的；它們要求一個由低到高或由高到低的跳變以產生一個中斷請求。INTCON2寄存器具有5個位(INTOEP～IN-T4EP)，用于選譯邊沿檢測電路的極性。本系統中采用由高到低的跳變產生中斷請求，BLISY控制信號與dsPIC30F60lOA的INTO相連。數據轉換結果通過dsPIC30F60IOA的I/O口，讀到控制器內部。AD7862與控制器的電路連接圖如圖3所示。 3．2 軟件部分實現 軟件部分流程如圖5所示，系統啟動后先初始化I/O、SD卡、AD7862和設置INT0中斷，為A/D采樣和數據存儲做準備。由于AD7862有兩個通道。需對這兩個通道分別進行A/D轉換，先采樣A通道后采樣B通道，具體是哪個通道由AO決定，也就是控制器的RB8引腳。 數據采集過程中要獲知A/D轉換已結束的方法有： 1)定時 使用定時器，轉換開始后過一段時間讀取轉換結果； 2)掃描掃描BUSY引腳，當變為低電平時，即可知轉換結束，讀取轉換結果； 3)中斷 BUSY作為中斷信號，輸入到INTO中，并設置為從高到低觸發中斷，當轉換結束后，BUSY信號由高變低，觸發中斷。 本系統采用第3種方法，即中斷方法。中斷服務子程序如圖6所示，進入中斷服務子程序后，首先清中斷標示，然后分兩次讀取，即Vx1和Vx2(X代表A或B)，讀完之后對數據進行處理并存儲到SD卡相應位置中，最后置采樣結束標示。 4 結束語 數據采集系統采用dsPIC30F6010A、AD7862和SD卡組成了高性能12位并行數據采集及存儲系統。介紹了硬件電路的連接，然后進行了數據采集的軟件設計與實現。實踐表明，通過對模數轉換器件的正確使用，完全可以達到很高的采樣精度，并能滿足系統實時性的需要。通過外擴模擬電路部分，可以用于各種高精度高速的數據采集存儲系統。 |
