基于LTC1290與MC68331芯片實(shí)現(xiàn)織機(jī)經(jīng)紗張力采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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;采樣保持器完成對所選模擬信號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轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;控制及時(shí)鐘單元控制片選及時(shí)鐘轉(zhuǎn)換等?

2 引腳說明

CS：片選端，該端置低將啟動數(shù)據(jù)傳輸;

CH0~CH9：模擬信號輸入端;

COM：輸入信號公共端;

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下降沿啟動數(shù)據(jù)傳輸后，微處理器將通過串行輸出發(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?最后兩位（WL1和WL0）用來確定當(dāng)前輸出數(shù)據(jù)的長度或編程為省電方式，具體見表1?

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)測和控制的，否則就可能出現(xiàn)經(jīng)紗松弛或張力過大而導(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張力的精密檢測?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)通道送來的經(jīng)紗張力信號，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PCS0發(fā)出片選控制信號，并通過SCLK發(fā)出串行時(shí)鐘以啟動數(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

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?

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