本文為大家介紹由TMS320F2812和ADS8365構(gòu)成的多路數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

TMS320F2812介紹

TMS320F2812是一款TI高性能TMS320C28x系列32位定點(diǎn)DSP處理器，TL2812-EVM是基于TI TMS320F2812而研發(fā)的一款高性能DSP開(kāi)發(fā)板，采用核心板+底板方式，尺寸為185mm*135mm，底板采用沉金無(wú)鉛工藝的兩層板設(shè)計(jì)，它為用戶提供了SOM-TL2812核心板的測(cè)試平臺(tái)，用于快速評(píng)估核心板的整體性能。

TI主推高性能 TMS320C28x系列TMS320F2812 32位定點(diǎn)微控制單元（MCU），主頻高達(dá)150MHz；具備I2C、SPI、CAN、PWM等總線接口，適用于各種控制類工業(yè)設(shè)備；體積小、性能強(qiáng)、便攜性高，同時(shí)適用于多種手持設(shè)備；符合高低溫、振動(dòng)測(cè)試，滿足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用。

ADS8365介紹

ADS8365是一種高速、低功耗、6通道同步采樣與轉(zhuǎn)換、單+5V供電的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。轉(zhuǎn)換最大采樣吞吐率可達(dá)5MHz，并帶有80dB共模抑制的全插分輸入通道以及6個(gè)差分采樣保持放大器。引腳內(nèi)部還帶有2.5V基準(zhǔn)電壓和高速并行接口。

同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

TMS320F2812和ADS8365的接口設(shè)計(jì)

ADS8365的數(shù)據(jù)讀出可采用直接地址讀方式、FIFO讀方式、循環(huán)讀方式，因此與TMS320F2812的接口至少有3種互連方案。本采集系統(tǒng)選擇直接地址讀方式，由XA［2:0］作為變換結(jié)果寄存器低位地址，當(dāng)ADS8365的CS引腳為高電平時(shí)，其數(shù)據(jù)總線處于高阻狀態(tài)，當(dāng)CS引腳置低電平時(shí)并口數(shù)據(jù)總線上輸出當(dāng)前數(shù)據(jù)。具體的連接電路如圖1所示。

ADS8365可使用單獨(dú)的外部晶振，或使用TMS320F2812I/O口模擬晶振，本系統(tǒng)使用TMS320F2812EVA的T1PWM來(lái)產(chǎn)生ADS8365的CLK時(shí)鐘輸入信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)六個(gè)通道的同步采樣，把TMS320F2812的GPIOB14引腳與ADS8365的HOLDA、HOLDB、HOLDC信號(hào)相連，控制3個(gè)ADC采樣/保持模塊的同步。EOC連接到TMS320F2812的XINT1。

若要構(gòu)成12/24等多通道數(shù)據(jù)采集，可以利用TMS320F2812的低位地址線進(jìn)行ADS8365的CS擴(kuò)展，其余信號(hào)如CLK和HOLDX可以與上述控制信號(hào)線接在一起。在本系統(tǒng)中，由傳感器輸出的電壓信號(hào)范圍是±5V，而ADS8365芯片的模擬輸入端能接收的信號(hào)范圍是±2.5V，因此在ADS8365前端用功率運(yùn)放電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)理，本文采用OPA227芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。原理圖如圖2所示。

圖2雙極性信號(hào)輸入電平轉(zhuǎn)換電路原理圖OPA227是TI公司生產(chǎn)的高精度、低噪聲運(yùn)算放大器，具有8MHz的帶寬，開(kāi)環(huán)增益可達(dá)160dB，偏置電壓75μV，可應(yīng)用于信號(hào)采集和通信設(shè)備中。圖2中下面的OPA227是跟隨電路，用來(lái)提供2.5V的參考電壓;上面的OPA227用來(lái)實(shí)現(xiàn)電平信號(hào)的運(yùn)算。在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)在輸入端加一個(gè)OPA227用來(lái)提高輸入阻抗，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。圖中R1、R2分別選擇2k和10k溫漂較小的精密電阻。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

TMS320F2812芯片提供了良好的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用C語(yǔ)言縮短了開(kāi)發(fā)周期，降低了編程的復(fù)雜性。下面先給出程序流程圖，由流程圖可以看出程序的執(zhí)行順序：首先，上電后由硬件復(fù)位ADS8365，初始化TMS320F2812，設(shè)置相應(yīng)的系統(tǒng)主頻及與采樣有關(guān)的高速外設(shè)時(shí)鐘頻率;然后配置TMS320F2812與AD轉(zhuǎn)換芯片工作用到的事件管理器的Gpio口;最后初始化中斷向量表，將Adc_isr（）采集中斷服務(wù)程序的入口地址放在對(duì)應(yīng)EOC輸入引腳XINT的向量地址處，并且配置成由低電平觸發(fā)進(jìn)入中斷，最后使能系統(tǒng)中斷，等待EOC中斷信號(hào)的到來(lái)。

觸發(fā)ADS8365的復(fù)位引腳，可以確保讀指針指向第一個(gè)數(shù)據(jù)位置。作為TMS320F2812初始化的一部分，由TMS320F2812的GPIOF1引腳提供復(fù)位信號(hào)給ADS8365的引腳RESET，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘穩(wěn)定后RESET被觸發(fā)為低電平，從而確保了從ADC輸出的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于通道A0、A1、B0、B1、C0、C1的排列。下面為ADS8365的復(fù)位參考程序：

void ResetADS8365（void）{

GpioDataRegs.GPFCLEAR.all=0x0001;

asm（“RPT#200||NOP”）;

GpioDataRegs.GPFSET.all=0x0001;}

3.2TMS320F2812的初始化

TMS320F2812的初始化包括系統(tǒng)的初始化、GPIO的初始化和外設(shè)中斷的初始化，分別敘述如下：

（1）TMS320F2812系統(tǒng)的初始化包括看門狗的配置、系統(tǒng)及外設(shè)時(shí)鐘的配置、片內(nèi)RAM使用的配置等。

（2）GPIO的初始化，為了方便與ADS8365通信，TMS320F2812把GPIOA、GPIOB和GPIOF的部分引腳配置成通用輸入輸出口。其中包括由EOC引腳觸發(fā)的外部中斷引腳和ADS8365需要的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘引腳等。參考程序如下：void InitGpio（void）

{

EALLOW;

GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x0003;

GpioMuxRegs.GPADIR.all=0xFFFF;

GpioMuxRegs.GPEMUX.all=0x0003;

GpioMuxRegs.GPEDIR.all=0x0003;

GpioMuxRegs.GPEQUAL.all=0x0000;

GpioMuxRegs.GPFMUX.all=0x0000;

GpioMuxRegs.GPFDIR.all=0x0005;

EDIS;

}

（3）外設(shè)和中斷的初始化，配置可屏蔽及不可屏蔽中斷，使系統(tǒng)的中斷可以找到有效的地址。3.3信號(hào)采樣程序在上述配置結(jié)束后，啟動(dòng)T1PWM輸出信號(hào)給ADS8365的CLK引腳，在確認(rèn)ADS8365芯片準(zhǔn)備好的情況下啟動(dòng)采樣信號(hào)，程序如下：

void ToggleHOLDx（int channel）

{

GpioDataRegs.GPACLEAR.all=channel;asm（“RPT#25||NOP”）;

GpioDataRegs.GPASET.all=channel;

}

在執(zhí)行完上述程序后，ADS8365的6路通道同時(shí)開(kāi)始采樣，在完成采樣后將EOC引腳置低，觸發(fā)TMS320F2812的外部中斷程序，在中斷程序中依次讀取ADS8365的6個(gè)采樣信號(hào)存儲(chǔ)寄存器，并保存到預(yù)先指定的位置，等待主程序處理。該段程序如下：

void read_ADD（）

{

CHA0_Data［idx］=*ptrCHA0;

CHA1_Data［idx］=*ptrCHA1;

CHB0_Data［idx］=*ptrCHB0;

CHB1_Data［idx］=*ptrCHB1;

CHC0_Data［idx］=*ptrCHC0;

開(kāi)始系統(tǒng)、GPIO、ADS8365、XINT1初始化ADC_READY中斷使能、T1PWM輸出進(jìn)入主循環(huán)，啟動(dòng)采樣、等待中斷結(jié)束CHC1_Data［idx］=*ptrCHC1;}4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及波形在ADS8365采樣、轉(zhuǎn)換結(jié)束后，該芯片的EOC引腳置低，同時(shí)使F2812的XINT引腳置低，這樣進(jìn)入中斷處理程序，F(xiàn)2812發(fā)出指令依次從ADS8365的6個(gè)寄存器里讀取數(shù)據(jù)。從圖5我們可以清楚看到，從觸發(fā)ADS8365開(kāi)始采樣到F2812讀取數(shù)據(jù)的完整過(guò)程。設(shè)計(jì)。解決了“無(wú)刷雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)”課題中有關(guān)物理量同步采樣的關(guān)鍵問(wèn)題。同時(shí)該設(shè)計(jì)方案在電機(jī)控制、多軸定位系統(tǒng)、多通道數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用，能滿足高速交變電壓信號(hào)采集的高精度和高實(shí)時(shí)性要求。