基于LTC1865和McBSP的高速串行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和對信號處理要求的不斷提高，對于一個可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)采集起著舉足輕重的作用。數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，其基本原理是將外部模擬信號的電壓量通過A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量并存儲在內(nèi)部的RAM中，通過一系列的算法完成數(shù)據(jù)的處理。

本系統(tǒng)采用TI公司的TMS320F2812作為信號采集和處理的核心，通過TMS320F2812的McBSP模塊外擴A/D轉(zhuǎn)換器LTC1865進(jìn)行采集。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

TMS320F2812及其McBSP模塊

TMS320F2812是TI公司的一款高性能、多功能、高性價比的32位定點DSP芯片。該芯片兼容TMS320LF2407指令系統(tǒng)，最高可在150MHz主頻下工作，并帶有18K×16位零等待周期片上SRAM和128K×16位片上Flash（存取時間為36ns）。TMS320F2812采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有密碼保護(hù)機制，可進(jìn)行雙16×16乘加和32×32乘加操作，提供了足夠的處理能力，使一些復(fù)雜實時控制算法的應(yīng)用成為可能，因而具有控制和快速運算的雙重功能。

TMS320F2812芯片的McBSP是一種同步串行接口，可以根據(jù)設(shè)計者的不同需求進(jìn)行配置，使用非常靈活。McBSP的時鐘停止模式可以提供與SPI兼容的協(xié)議。當(dāng)McBSP配置為時鐘停止模式時，發(fā)送器和接收器內(nèi)不同步，這樣McBSP可以作為一個SPI主設(shè)備或從設(shè)備。在這種模式下，McBSP的發(fā)送時鐘信號CLKX相當(dāng)于SPI總線的SCK信號，發(fā)送幀同步信號FSX可以作為SPI的片選使能信號SS使用。在時鐘停止模式中，由于采用內(nèi)部同步模式，不使用接收時鐘信號CLKR和接收幀同步信號FSR。

串行A/D轉(zhuǎn)換器LTC1865

本系統(tǒng)使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器LTC1865是凌力爾特推出的16位SARADC，采用單5V電源工作，并能保證在-40℃~+125℃的溫度范圍內(nèi)工作。每個器件最大電表1通道配置字選擇單端輸入差分輸入地址選擇10110001通道01+-+--+地--流為850μA，最大采樣率達(dá)250kS/s，供電電流隨著采樣速率的降低而變小。MSOP-10封裝的LTC1865提供2路軟件可編程的通道，并且可以根據(jù)需求來調(diào)整參考電壓的大小。3線SPI兼容串行接口通信，適用于高分辨率應(yīng)用場合，如汽車溫度檢測、發(fā)動機油壓測量或多普勒信號的采集等。

LIC1865的工作時序如圖1所示。LTC1865轉(zhuǎn)換周期開始于CONV信號的上升沿（即CONV為高電平時），經(jīng)過一段tCONV后轉(zhuǎn)換才結(jié)束。如果此時CONV還是高電平，LTC1865就拉低供電電流進(jìn)入省電模式。當(dāng)CONV變?yōu)榈碗娖胶?，在SCK的上升沿依次從SDI引腳輸入2個通道配置位（其他輸入位被忽略），直到下一個CONV周期出現(xiàn)。SCK同步與數(shù)據(jù)的傳輸都為全雙工工作模式。數(shù)據(jù)傳送完后，如果CONV還是低電平，則SDO在SCK上升沿輸出為0。

LTC1865的工作時序圖

2個通道輸入配置字決定了下一次轉(zhuǎn)換的通道及其采樣模式。如表1所示，如果配置字為10時，LTC1865將測CH0引腳對地的信號；如果配置字為11時，LTC1865將測量CH1引腳對地的信號；如果配置字為00時，LTC1865將測量CH0引腳對CH1引腳的信號；如果配置字為01時，LTC1865將測量CH1引腳對CH0引腳的信號。LTC1865采樣的范圍為VREF到VCC，其中VREF的電壓由引腳VREF決定，可以通過硬件配置為1V~VCC。

硬件電路設(shè)計

運放調(diào)理電路的設(shè)計

信號調(diào)理電路就是放大、緩沖或標(biāo)定傳感器的模擬信號，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入。本系統(tǒng)選用的運算放大器是TI公司的高CMR（共模抑制）、RRIO（軌到軌輸入輸出）OPA2364芯片，它具有單電源、低偏置和高性能等特性，完全符合本采集系統(tǒng)的設(shè)計要求。圖2所示為通道0的電路原理圖，為了最大限度地減小采集電路對傳感器的影響，運放使用了具有高輸入阻抗的同相放大接法。將信號從運放的輸入范圍±10V調(diào)理到適于ADC的輸入范圍。通道1的原理與通道0相同。

TMS320F2812與LTC1865接口電路設(shè)計

TMS320F2812與LTC1865的硬件電路連接如圖3所示。由于LTC1865是5V電源的A/D轉(zhuǎn)換器，而TMS320F2812是3V芯片，因此，TMS320F2812的McBSP模塊中的串行數(shù)據(jù)接收引腳MDR必須要通過光耦TLP512與LTC1865的串行數(shù)據(jù)輸出引腳ADSDO進(jìn)行隔離，防止燒壞DSP。但McBSP的發(fā)送幀同步引腳MFSX、發(fā)送時鐘引腳MCLKXA和串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳MDXA的數(shù)據(jù)傳輸方向是由DSP到ADC，所以無需光耦進(jìn)行隔離。