基于ADS8482與TMS320F28335的信號采集系統(tǒng)

郭海榮，黎 坤

（中國航天科技集團(tuán)16研究所，陜西 西安 710100）

慣性測量裝置中，加速度計(jì)信號的精確檢測直接影響到慣性裝置的精度，因此提高測量加速度信號精度尤為重要。目前加速度計(jì)信號的檢測主要采用I/F變換檢測技術(shù)，測量精度高，但電路復(fù)雜，不適合慣性測量裝置的小型化，以及中低精度慣性器件的大批量生產(chǎn)[1]。因此，這里提出一種基于A/D轉(zhuǎn)換器ADS8482和TMS320F28335的加速度計(jì)信號采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 系統(tǒng)組成及主要器件介紹

圖1該信號采集系統(tǒng)的硬件組成框圖。采樣信號經(jīng)前級調(diào)理電路，以單端輸入方式輸入至A/D轉(zhuǎn)換器ADS8482進(jìn)行采集。ADS8482采用18位數(shù)據(jù)總線輸出，直接與TMS320F28335數(shù)據(jù)線相連，電路的控制部分與引腳電平兼容，是由EPM7128型CPLD實(shí)現(xiàn)。采集到的數(shù)據(jù)通過DSP片上串口輸出。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

ADS8482型逐次比較A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)總線方式可配置成8，16和18位。內(nèi)部提供采樣時(shí)鐘，其采樣吞吐率為1 MS/s。內(nèi)部提供4.096 V的參考電壓，模擬信號輸入，全輸入差分范圍為±4.096 V。TMS320F28335型單精度浮點(diǎn)DSP主頻可達(dá) 150 MHz，內(nèi)核電壓 1.9 V，I/O電壓 3.3 V；片上帶有256 KB的16位Flash和34 KB的16位SARAM，并有128位安全密碼鑰匙/鎖，保護(hù)Flash防止固件反向工程。片上通訊端口豐富，集成有3個(gè)SCI串口輸出通道，并帶有16字節(jié)的FIFO，2個(gè)多通道McBSP串口，2個(gè)增強(qiáng)型CAN，1個(gè)SPI總線。還帶有16通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器等資源[2]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 前級調(diào)理電路

本系統(tǒng)是針對加速度計(jì)信號采集而設(shè)計(jì)的。由于加速度計(jì)傳感器一般輸出的電流信號非常微弱，ADS8482是電壓形式的A/D轉(zhuǎn)換器，因此前級電路需設(shè)計(jì)一個(gè)電流轉(zhuǎn)換電壓電路。采用運(yùn)放檢測電流有2種方法：一是利用電流在電阻上的壓降，再進(jìn)行電壓放大，但該方法所引入的電阻將破壞電路原來的狀態(tài)，造成測量誤差；二是運(yùn)放的失調(diào)電壓也被運(yùn)放放大帶入到后級電路[3]。因此這里采用輸入電流直接接入運(yùn)放的反相輸入的求和點(diǎn)。如圖2所示。

圖2 電流—電壓轉(zhuǎn)換電路

該電路的誤差主要來自于運(yùn)放的輸入偏置電流，并和輸入電流Iin相疊加引入后級電路。每一級模擬前端電路都會對已處理的信號增加噪聲和失真，則直接影響到A/D轉(zhuǎn)換器的精度，因此前級電路的運(yùn)放選用低噪聲，低偏置電壓和低偏置電流的OP200配置設(shè)計(jì)。

2.2 ADS8482與TMS320F28335接口及外圍電路

由于加速度計(jì)電流信號帶有極性，采用ADS8482采集正負(fù)信號需要配置設(shè)計(jì)輸入的模擬電壓信號。由于ADS8482的+IN和-IN引腳接收的輸入電壓為0～4.096 V，不能輸入負(fù)電壓，因此選用REF3020參考電壓器件[4]，其輸出的2.048 V輸入至-IN引腳，此參考電壓也為TMS320F28335片上A/D轉(zhuǎn)換器提供參考電壓基準(zhǔn)。具體電路如圖3所示，電容C38用于濾除高頻噪音，以提高信噪比，ADRFIN為2.048 V。模擬信號輸入與數(shù)字量輸出的關(guān)系是：引腳+IN和-IN的電壓差在-Vref～+Vref范圍內(nèi)，對應(yīng)的數(shù)字量在-131 073～131 072。

圖3 模擬信號輸入ADS8482前級匹配電路

A/D轉(zhuǎn)換器ADS8482采用+5 V的模擬電源（+VA）和數(shù)字電源（+VDB），引腳+VDB可直接連接至3 V或5 V電壓系統(tǒng)。而TMS320F28335的I/O電壓為+3.3 V，因此，ADS8482的引腳+VDB必須設(shè)置成3.3 V。該設(shè)計(jì)的參考基準(zhǔn)電壓引用片上輸出，數(shù)據(jù)總線配置成18位，一次讀操作模式[6]。因此ADS8482的BUS18/16，BYTE引腳由CPLD控制，全設(shè)置為0。其具體接口電路如圖4所示。

圖4 ADS8482與TMS320F28335接口電路

TMS320F28335的XZCS6和XRDn讀信號經(jīng)CPLD與門等設(shè)置連接到ADS8482片選信號CS和讀信號RD上，因此0x100000～0x200000的任意一個(gè)地址都可對A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行讀操作。ADS8482的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號CONVST經(jīng)CPLD配置到DSP的一個(gè)I/O引腳，通過軟件程序控制啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器。ADS8482轉(zhuǎn)換參考電壓利用片上參考電壓輸出作為輸入。將引腳REFOUT連接到運(yùn)放的正輸入端，設(shè)計(jì)一個(gè)電壓跟隨環(huán)節(jié)，將輸出電壓直接連接到ADS8482引腳的REFIN上。模擬信號進(jìn)入A/D采樣端前，用二極管進(jìn)行保護(hù)，防止輸入電壓過大，以免ADS8482損壞。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

TMS320F28335上電通過檢測A12～A15電平來選擇工作模式，本程序是從片內(nèi)Flash啟動(dòng)，因此在CPLD中將這些I/O接口設(shè)置為高電平。上電后先裝載，把Flash中的程序搬移到片內(nèi)低16 KB RAM中運(yùn)行。主程序完成數(shù)據(jù)讀取和處理運(yùn)算，并將處理后的數(shù)據(jù)用TMS320F28335片上自帶的一路串口按4 ms輸出至PC機(jī)，波特率配置成115.2 Kb/s，并使能串口16字節(jié)的FIFO。圖5為程序主流程。

圖5 程序主流程

利用TMS320F28335中的定時(shí)器T0，完成系統(tǒng)4 ms定時(shí)和ADS8482定時(shí)采數(shù)方式，每50 μs發(fā)生一次定時(shí)器中斷。中斷函數(shù)部分采數(shù)代碼如下：

Interrupt void cpu_timer0_isr（void）//定時(shí)中斷，主要完成外部18位A/D轉(zhuǎn)換

4 結(jié)束語

本文以ADS8482型A/D轉(zhuǎn)換器與TMS320F28335在加速度信號采集中應(yīng)用為基礎(chǔ)，詳細(xì)討論ADS8482與TMS320F28335的接口設(shè)計(jì)和工作原理，并提供該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的部分硬件設(shè)計(jì)和軟件代碼。該設(shè)計(jì)方案也可用于其他高速數(shù)據(jù)采集，以及微弱信號檢測信號等場合。

[1]錢衛(wèi)忠，萬德鈞.捷聯(lián)系統(tǒng)中陀螺儀數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（4）：22-25.

[2]Texas Instruments Products.TMS320F28335 digital sigal processor data manual[DB/OL].2007.http：//focus.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/tms320f28335.pdf.

[3]Mike Ewer.如何為高性能信號路徑挑選放大器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器及時(shí)鐘電路[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2007（12）：23-27.

[4]Burr-Brown Products.ADS8482 data manual[DB/OL].2006.http：//focus.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/ads8482.pdf.

[5]劉書明，聶麗斌ADS8364的原理及應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2002（10）：43-45.

[6]谷重陽，汪渤，龍殊穎.并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8364與TMS320F2812 的接口設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006（22）：137-139.