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ADS1274可控式高精度数据采集系统解析
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2017-10-29
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便携式振动测试分析仪凭借其轻巧方便，适用范围广，灵活性高，测量对象多的特点。在旋转振动信号采集领域取得了广泛应用。传统振动侧试仪采用8位或16位单片机作为其控制器，用加速度传感器或其他传感器采集振动物理信号，并通过模拟调理电路和数字调理电路将该信号进行数字式量化，然后利用处理器对数据进行时域和频域分析。但它的总体性能较差，主要表现：MCU功能弱；工作模式简单；灵活性比较差；采样精度低；功耗较高。对此采用TMS320VC5502高性能数字信号处理器（DSP）和ADSl274高精度∑一△结构A／D转换器，构建了一个工作模式可控的高精度数据采集系统。该系统具有高精度多通道同步采样和工作模式动态选择等功能，用户可根据需要合理选择系统的工作模式，使测试需求与系统功耗达到最佳配比。
2、器件选型
2.1 TMS320VC5502简介
TMS320vc5502是一款高性能的DSP。可以提供具有300 MHz双MAC的强大性能，可实现高速、大容量数字信号处理，现已广泛用于嵌入式电信设备、消费类音频、医疗、生物辨识和工业传感器等领域。TMS320VC5502既提供了16／8位加强型主机接口（HPI），可实现双处理器间的数据通讯功能；提供32位外部存储器接口（EMIF），以实现与廉价的SDRAM、SBRAM、异步RAM和Flash存储器的无缝连接，便于外部存储器扩展；具有3个McBSP和6通道DMA，可支持128通道100 Mh／s的内外部数据传输。
2.2 ADS1274简介
ADS1274是一款高精度A／D转换器，具有24位精度．是一种宽动态范围的新型A/D转换器，可实现4通道同步数据采集。ADS1274具有62 kHz的带宽，最高采样频率可达128KS／s。主要特性包括：①采用差动输入方式，所以输入端可直接与传感器或微小的电压信号相连；②采用∑一△结构，具有宽泛的动态范围和24位无差错编码；③采用低噪声增益可编程放大器（PGA），可扩展动态范围，提高分辨率；④内部采用三阶数字滤波器，可滤除电源波纹和其他干扰；⑤采用多种内部自校正技术，用于校正失调电压，校准满刻度误差；⑥提供SPI或FRAME-SYNC接口；⑦提供高速、高分辨率、低功耗和低速4种工作模式可以供用户选择；⑧采用独立供电，+5 V模拟电源，1．8 V数字电源，1．8~3.3 V的I／0电源。ADSl274采用HTOFP一64封装。
3、系统硬件设计
3.1 系统总体设计
该系统需要实现对旋转机械信号进行多通道实时数据采集、预处理以及与上位机之间的数据传输等功能。该系统采用TMS320VC5502作为主控制器件，片上资源丰富，可提供全双工缓冲串口以及多路I／0接口。系统通过缓冲串口与A／D转换器通讯．并通过两路I／O接口实现对A／D转换器工作模式的控制．通过DSP的增强型HPI接口实现采集数据与上位机的数据传输．其传输速度高达100 Mb／s。TMS320VC一5502能高效地实现系统初始化、外围器件和HPI通讯接口的配置，并根据上位机ARM控制器传送来的主机命令，实时采集和处理数据．最后将处理后的数据包传输给上位机显示、存储和高级处理。
3.2 TMS320VC5502与ADSl274的接口电路
ADS1274提供SPI或FRAME—SYNC接口，可方便地实现与处理器的连接。该系统通过TMS320VC5502的多通道缓冲串口（McBSP）与ADS1274数据传输。TMS320VC5502与ADS1274的电路连接如图1所示。
2、器件选型
2.1 TMS320VC5502简介
TMS320vc5502是一款高性能的DSP。可以提供具有300 MHz双MAC的强大性能，可实现高速、大容量数字信号处理，现已广泛用于嵌入式电信设备、消费类音频、医疗、生物辨识和工业传感器等领域。TMS320VC5502既提供了16／8位加强型主机接口（HPI），可实现双处理器间的数据通讯功能；提供32位外部存储器接口（EMIF），以实现与廉价的SDRAM、SBRAM、异步RAM和Flash存储器的无缝连接，便于外部存储器扩展；具有3个McBSP和6通道DMA，可支持128通道100 Mh／s的内外部数据传输。
2.2 ADS1274简介
ADS1274是一款高精度A／D转换器，具有24位精度．是一种宽动态范围的新型A/D转换器，可实现4通道同步数据采集。ADS1274具有62 kHz的带宽，最高采样频率可达128KS／s。主要特性包括：①采用差动输入方式，所以输入端可直接与传感器或微小的电压信号相连；②采用∑一△结构，具有宽泛的动态范围和24位无差错编码；③采用低噪声增益可编程放大器（PGA），可扩展动态范围，提高分辨率；④内部采用三阶数字滤波器，可滤除电源波纹和其他干扰；⑤采用多种内部自校正技术，用于校正失调电压，校准满刻度误差；⑥提供SPI或FRAME-SYNC接口；⑦提供高速、高分辨率、低功耗和低速4种工作模式可以供用户选择；⑧采用独立供电，+5 V模拟电源，1．8 V数字电源，1．8~3.3 V的I／0电源。ADSl274采用HTOFP一64封装。
3、系统硬件设计
3.1 系统总体设计
该系统需要实现对旋转机械信号进行多通道实时数据采集、预处理以及与上位机之间的数据传输等功能。该系统采用TMS320VC5502作为主控制器件，片上资源丰富，可提供全双工缓冲串口以及多路I／0接口。系统通过缓冲串口与A／D转换器通讯．并通过两路I／O接口实现对A／D转换器工作模式的控制．通过DSP的增强型HPI接口实现采集数据与上位机的数据传输．其传输速度高达100 Mb／s。TMS320VC一5502能高效地实现系统初始化、外围器件和HPI通讯接口的配置，并根据上位机ARM控制器传送来的主机命令，实时采集和处理数据．最后将处理后的数据包传输给上位机显示、存储和高级处理。
3.2 TMS320VC5502与ADSl274的接口电路
ADS1274提供SPI或FRAME—SYNC接口，可方便地实现与处理器的连接。该系统通过TMS320VC5502的多通道缓冲串口（McBSP）与ADS1274数据传输。TMS320VC5502与ADS1274的电路连接如图1所示。
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