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LPC2210和AD7656的并行采集接口設計
摘要: 在電力系統三相信號處理應用中,常需要同時對A、B、C三相電壓和電流信號進行數據采集和處理。如三相功率、電能測量及諧波分析等。美國ADI公司的AD7656是16位6通道同時采樣的模/數轉換器,內部含有6個16位A/D轉換器,具有轉換精度高、速度快、功耗低、輸入模擬信號幅度大、信噪比高等特點。Phmps公司出品的LPC2210,是一款工業級的ARM控制器,處理速度快,性能穩定,與AD7656共同組成的6通道數據采集系統能在很大程度上提高系統的信號采集和處理能力。
Abstract:
Key words :

  引 言

  在電力系統三相信號處理應用中,常需要同時對A、B、C三相電壓和電流信號進行數據采集和處理。如三相功率、電能測量及諧波分析等。美國ADI公司的AD7656是16位6通道同時采樣的模/數轉換器,內部含有6個16位A/D轉換器,具有轉換精度高、速度快、功耗低、輸入模擬信號幅度大、信噪比高等特點。Philips公司出品的LPC2210,是一款工業級的ARM控制器,處理速度快,性能穩定,與AD7656共同組成的6通道數據采集系統能在很大程度上提高系統的信號采集和處理能力。

  1 AD7656的特點及工作原理

  1.1 AD7656的特點

  圖1為AD7656的內部功能框圖。

AD7656的內部功能框圖

 

  其主要特性為:

  • 6個16位獨立的ADC通道。
  • 輸入模擬信號的范圍為±(10~15 V)。
  • 最大轉換速率為250ksps。
  • 低功耗,5 V供電時在250ksps下功耗為140 mW。
  • 片上2.5 V參考電壓和參考緩沖器。
  • 8/16位并行接口模式和串行接口模式。

  1. 2 工作原理

  AD7656是6通道16位逐次逼近型ADC,有2種接口模式:串行接口模式和高速的并行接口模式,并行接口模式又分為8位和16位傳送方式。在數據轉換時,3個轉換信號CONVSTA/B/C,用來控制每對或每4個或每6個ADC同時采樣。如果將3個CONVST引腳連接在一起,就可對6個ADC同時進行采樣。在CONVSTX的上升沿,被選擇的ADC對被置為保持模式,轉換開始。CONVSTX的上升沿過后,BUSY信號變為高電平表明轉換正在進行,轉換時間是3μs,BUSY信號返回低電平表明轉換結束。在BUSY信號的下降沿,ADC回到跟蹤模式,數據可以通過并行或串行接口從輸出寄存器讀出。16位并行接口讀取數據時先將CS置低,每當讀信號(RD)變低,就從16位總線上讀取1路數據,6路A/D數據則需要讀取6次,其內部轉換16位并行接口模式時序如圖2所示。

內部轉換16位并行接口模式時序

 

  2 硬件設計

  圖3為AD7656與LPC2210的接口設計,在三相交流電信號處理方面的應用中,選用Philips公司的ARM控制器LPC2210,它具有功耗低、性能高、速度快等特點。LPC2210的PO.22與CONVSTX相連,用來啟動6路A/D的同時轉換。PO.23與RESET信號相連,為了控制AD7656復位。EINTl連接BUSY信號,AD7656轉換結束后,BUSY信號變低,向LPC2210申請中斷。LPC2210的片選信號CSl和讀信號OE分別與A/D的片選信號CS和讀信號RD相連,用來讀取轉換結果,其地址范圍為0x81000000H~Ox81FFFFFFH。將LPC2210的16位數據總線和AD7656的16位數據總線相連接,由于LPC2210為3.3 V接口,而AD7656為5 V,所以串接100Ω電阻進行電平匹配。另外LPC2210還涉及液晶、鍵盤和RS232接口電路,用于人機接口和計算結果上傳。

AD7656與LPC2210的接口設計

  在AD7656把模擬信號轉換為數字信號之前,需要對模擬信號進行信號調理,把模擬信號調整為適合AD7656模擬信號輸入要求的電平信號。AD7656連接外圍電路時,在DVCC,AVCC,VDRIVE,REFIN/OUT和VSS引腳須加1組去耦電路,該去耦電路是由1個10μF和1個100 nF電容組成。去耦電容要盡量靠近器件,以達到更好的去耦效果。除了上述幾個接口外,AD7656其他關鍵引腳的連接是STBY接VDRIVE,選擇正常模式;RANGE接地表示選擇輸入范圍±10V;H/S SEL接地選擇硬件配置;SER/PAR接地,選擇并行接口;W/B接地表示16位并行輸出;WR/REFEN/DIS接VDRIVE表示選擇內部參考。在具體電路板設計時,數字地和模擬地要分開,在靠近電源輸入電路的地方連接在一起;AD7656芯片下方不要有數字信號通過,這是為了減少干擾,提高測量精度。

  3 軟件設計

  接口設計應用于多路數據采集,LPC2210數據讀取、處理的過程如圖4所示。對三相交流電進行數據采集,要求每個周期采樣128點,即20 ms采樣128點,也就是每156.25μs采樣一次。用定時器0定時,定時器時間到,啟動A/D轉換,如果CONVSTA/B/C三個信號綁在一起,6個通道的模擬信號同時開始轉換,3μs后6個通道的數據全部轉換完,BUSY信號變低產生中斷,通知ARM讀取數據。LPC2210給片選信號CS和讀信號RD一個低電平開始讀取轉換結果,把6路數據讀完,退出中斷,等待定時器下一次定時到,啟動下一次轉換,待128次數據轉換完之后,暫停定時計數,開始計算。計算結束后,再次啟動定時,完成下一個周期的128次數據采集。

LPC2210讀取數據流程

 

結 語

 

  本文介紹了一種新型的模/數轉換芯片AD7656,它能同時采集6路信號,而且與LPC2210接口電路簡單,控制方便,可應用于電力系統三相交流電數據采集系統中。

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