dsPIC30F实现高精度数据采集

     为提高数据采集系统的采集精度和转换速度，设计基于AD7862和dstPIC30F6010A的数据采集系统，详细介绍AD7862和dsPIC30F6010A的特点和性能;并介绍该系统硬件部分和软件部分，实践证明，该系统取得很好的效果。本系统还采用SD卡作为存储器，实现数据存储功能。

引言：

　 本采集系统采用ADI公司生产的12位模数转换器AD7862，它是一款高速、低功耗、双核12位模数转换器。能够满足系统对采样精度和采样速度的要求。控制器件采用dsPIC30F6010A数字信号控制芯片，它是Microchip公司生产的高性能16位数字信号控制器，内核包含一个DSP引擎，从而能够显著增强系统的运算和吞吐能力。

　　在某些数据采集系统中，不仅对数据采集系统的精度和实时性提出要求，而且要求其具有数据存储功能，为了实现存储功能，本系统使用SD卡。SD卡(Seeure Digital Memory Card)为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它具有存储容量大，速度快等特点，被广泛用于便携式装置上。

　　1 AD7862简介

　　AD7862是一款高速、低功耗、双核12位模数转换器(ADC)，采用+5 V单电源供电。该器件内置2个4μs逐次逼近型ADC、2个采样保持放大器、1个+2.5 V内部基准电压源和1个高速并行接口。其内部结构如图l所示。

　　由于AD7862内置2个ADC和2个采样保持放大器，可以对2路模拟输入信号进行同时采样和转换，从而保留这两个模拟输入信号的相对相位信息。这一功能适用在逆变器采集系统中。它共有4个模拟输入，分成2个通道(A和B)，通过AO输入选择通道。每个通道的2个输入(VA1与VA2或VB1与VB2)使用不同的ADC和采样保持放大器可同时进行采样和转换。该器件可接收的模拟输入范围为±10 V(AD7862～10)、±2.5 V(AD7862-3)和O～2.5 V(AD7862-2)。本系统采用AD7862-10。模拟输入均具有过压保护，允许输入电压分别达到±17 V、±7 V或+7 V而不会造成损坏。

　　转换开始信号低电平有效，同时将2个采样保持放大器置于保持状态，并启动两个输入转换操作。转换开始后，置BUSY信号为高电平，表示转换还未结束，当再次回到低电平时，表示转换结束，此时便可读取2个通道的转换结果。实际应用中，先置为低电平一段时间，然后检测BUSY信号，当为低电平时，就开始读取转换结果。转换结束后的第一次读取操作访问VA1或VB1的结果，而第二次读取操作访问VA2或VB2的结果，具体取决于多路复用器选择AO是低电平还是高电平。AO为低电平时，读取VA1或VA2;A0为高电平时，读取VB2或VB2。该器件的时序如图2所示。

　　2 dsPIC30F6010A简介

　　16位dsPIC30F6010A数字信号控制器是16位处理器系列。它是dsPIC30F电机控制和电源转换系列，用于支持电机控制应用，也适用于不间断电源、逆变器、开关电源及相关设备。

　　内部有144 KB片上闪存程序空间，8 KB片上数据RAM，4 KB非易失性数据EEPROM：工作速度最高可达30MI/s;5个16位定时器/计数器;可选择将16位定时器配对组成32位定时器模块;16位捕捉输入功能;8个PWM输出通道：具有互补或独立输出模式、边沿对齐模式和中心对齐模式，4个占空比发生器、互补模式的死区时间控制：2个UART、2个SPI、1个I2C总线和2个CAN总线：最大I/O引脚数为68个。

　　dsPIC30F601OA处理器采用改进的哈佛架构，具有独立的程序和数据存储器总线。在执行访问数据RAM当前指令的同时可从程序存储器中预取下一条指令，这就加快了处理速度。数据空间为64 KB，大多数指令将其看作一个线性地址空间。当使用某些DSP指令，如DSP乘法指令时，该存储空间被分成2块，分别称为X和Y数据空间。因此，这些DSP指令支持双操作数读操作，即，同一条指令可同时从X存储空间和Y存储空间中取数据。
 

      3 系统设计

　　本采样系统主要分为硬件部分设计和软件部分设计。硬件部分是以dsPIC30F601OA为控制和处理核心，去控制AD7862和SD卡来实现数据的高精度、实时采集和实时存储。信号的高精度和实时模数转换由AD7862来实现，数据的存储由控制器通过SPI接口访问SD卡来实现。软件部分主要由控制器I/O引脚的初始化、模数转换开始控制、数据读取和数据存储等部分组成。

　　3.1 硬件部分实现

　　数据采集系统以16位dsPIC30F6010A数字信号控制器作为系统的控制和数据处理核心，产生控制信号控制AD7862实现高精度的实时数据采集。AD7862共需4个控制信号，分别为、AO、和。为转换开始控制信号，A0为读取通道选择控制信号，它控制该通道进行A/D转换和读取其A/D转换结果。为片选信号，低电平有效，在本系统中使其直接与地相连。为读控制信号，低电平有效，当为低电平时可以按顺序读取VA1、VA2或VBl、VB2上的A/D转换结果。通过以上分析共需3个控制信号，即dsPIC230F6010A的I/O接口RB8、RB9和RBl0，通过软件产生。

　　AD7862还产生BUSY信号，通过它告知控制器A/D转换完成，可以读取结果。dsPIC30F6010A的中断控制器支持5种外部中断请求信号：IN-T0～INT4。这些输入是边沿敏感的;它们要求一个由低到高或由高到低的跳变以产生一个中断请求。INTCON2寄存器具有5个位(INTOEP～IN-T4EP)，用于选译边沿检测电路的极性。本系统中采用由高到低的跳变产生中断请求，BLISY控制信号与dsPIC30F60lOA的INTO相连。数据转换结果通过dsPIC30F60IOA的I/O口，读到控制器内部。AD7862与控制器的电路连接图如图3所示。

　　3.2 软件部分实现

　　软件部分流程如图5所示，系统启动后先初始化I/O、SD卡、AD7862和设置INT0中断，为A/D采样和数据存储做准备。由于AD7862有两个通道。需对这两个通道分别进行A/D转换，先采样A通道后采样B通道，具体是哪个通道由AO决定，也就是控制器的RB8引脚。

　　数据采集过程中要获知A/D转换已结束的方法有：

　　1)定时 使用定时器，转换开始后过一段时间读取转换结果;

　　2)扫描 扫描BUSY引脚，当变为低电平时，即可知转换结束，读取转换结果;

　　3)中断 BUSY作为中断信号，输入到INTO中，并设置为从高到低触发中断，当转换结束后，BUSY信号由高变低，触发中断。

　　本系统采用第3种方法，即中断方法。中断服务子程序如图6所示，进入中断服务子程序后，首先清中断标示，然后分两次读取，即Vx1和Vx2(X代表A或B)，读完之后对数据进行处理并存储到SD卡相应位置中，最后置采样结束标示。

　　4 结束语

　　实践表明，通过对模数转换器件的正确使用，完全可以达到很高的采样精度，并能满足系统实时性的需要。通过外扩模拟电路部分，可以用于各种高精度高速的数据采集存储系统。