带GPS授时的TMS320F2812数据采集系统

3.1 ADS8361与TMS320F2812接口电路设计

TMS320F2812处理器提供多通道缓冲串口(McBSP)和串行外设接口(SPI)，两种串口都可以与ADS8361接口。根据设计的需要，本系统采用的是McBSP的接口扩展方式。在ADS8361与TMS320F2812的接口硬件设计时，为避免数据信号产生振铃，特意考虑在DSP与 ADS8361之间增加吸收电阻。由于TMS320F2812只有一个McBSP接口，因此必须将ADS8361设置在模式2和模式4。 TMS320F2812与ADS8361的硬件接口电路如图4所示，ADS8361的CLOCK、(RD+CONVST)和SDA引脚分别连接到 McBSP的CLKX、(FSX+FSR)和DR引脚。由于McBSP上只连接一个A／D转换芯片，片选信号(CS)直接接地，如果需要扩展多个A／D转换芯片，则可以采用GPIO控制片选信号；同时使用通用I／O控制ADS8361的工作模式，使M0=0，M1=1；DX控制ADS8361的通道选择。

3.2 模拟输入信号调理电路的设计

电力系统的相电流和相电压分别经过CT和PT变换后，输出为标准±10 V的模拟电压信号。此模拟电压信号需要经过前端的低通滤波器，滤除不必要的高频噪声信号，以及将模拟输入信号范围由±10 V变换成后端A／D所能接受的信号范围。每一路的模拟调理电路如图5所示。

4 USB接口通信电路部分

通信电路采用USB接口，USB接口芯片选用Cypress公司的CY7C68001。CY7C68001与TMS320F2812的连接电路如图6所示。

CY7C68001作为TMS320F2812的外设，采用异步存储器接口与TMS320F2812相连接，上位PC机可以唤醒CY7C68001，也可以配置USB芯片。USBCS是CY7C68001的片选信号线，在USBCS为低电平时，CY7C68001采用异步读写方式完成二者之间的数据和命令的交换。

CY7C68001有两种对外接口，分别是FIFO数据接口和命令口。数据采集系统将这两种对外接口配置在地址范围是0x004000～0x004004 的空间，分配如表2所列。TMS320F2812通过CY7C68001的FIFO数据接口可以访问4个1 KB的FIFO中的数据，而FIFO数据接口的选择是通过控制地址线A[2：0]来实现的。当TMS320F2812的地址线A[2：0]为100B时，选中CY7C68001的命令口，然后通过命令口可以访问37个寄存器、Endpoint0缓冲器(64字节FIFO)和描述表(500字节FIFO)等。如果将Endpoint0缓冲器和描述表也看成寄存器，那么单个命令口内含了众多的寄存器，对这些寄存器进行读／写访问采用二次寻址方式，即首先通过命令口将要寻址的寄存器子地址和操作类型(读操作或写操作)写入，然后再通过命令口将数据读出或写入相应的寄存器。

CY7C68001还有一个中断信号USBINT和4个状态信号(USBREADY、FLAGA、FLAGB、和FLAGC)。中断信号USBINT占用 TMS320F2812的外部中断XINT1，状态信号USBREADY、FLAGA、FLAGB和FLAGC配置在另一个扩展的寄存器中， TMS320F2812可对其进行查询，从而得到USB的状态。USB芯片的WAKEUP也配置在另一个扩展的寄存器中，TMS320F2812通过对这个寄存器的写操作达到唤醒USB的目的。

5 系统的软件部分

系统的软件部分包括主程序和各中断程序以及系统与上位PC机的USB通信程序。主程序完成各变量及串行口的初始化，并利用傅里叶变换算法计算出各采样点的实部和虚部。中断程序包括A／D转换程序、GPS时间信息的读取程序等。本文重点介绍用于读取GPS接收器串口输出的中断响应程序的设计思路，程序流程如图7所示。

6 电源设计

电源电路采用降额设计，并采用高精度电源电路，可保证供电系统的可靠性。

① ADS8361的内部参考电源为+2.5 V。

② GPS15L OEM板的供电电压为3.3～5.4 V，GPS接收天线的供电电压为3.0 V。

③ TMS320F2812要求双电源(1.9 V和3.3 V)为CPU、Flash、ROM、ADC和I／O接口供电。

当上电时，为了保证芯片内各个模块的正确复位，TMS320F2812供电需要满足一定的时序。该系统先给所有+3.3 V的电源引脚(VDDIO、VDD3VFL、VDDA1、VDDA2、VDDREF)上电，再接通1.9 V(VDD、VDD1)的芯片内核电源；当VDDIO的电压上升到2.5 V时，VDD才上升到0.3 V，这样才能保证片内各个模块上电时能正确复位。掉电时，在VDD下降到1.5 V之前，系统复位。这样才能保证在VDD、VDDIO掉电之前片内Flash模块正确复位。该系统设计中，选用TI公司提供的双电源输出、Low- Dropout型电源TPS76801QDR来给TMS320F2812供电，实现上述的供电时序。

结 语

本数据采集系统为四通道，A／D转换精度为16位，转换精度高并且抗干扰能力极强，通过USB能够实时海量传输所采集到的数据。另外最重要的是，用GPS 授时模式代替传统授时模式，特别适合需要异地同步采集的场合。例如：在高速电气化铁道电气参数参量中，为了能够同步获得列车电流、位置以及钢轨电位、钢轨电流、吸上线电流，只需要在列车上和钢轨地面两个测量点同时使用同样的数据采集系统，这样测得的相量数据就有统一的时间基准，便于科学地分析这些参数。

来源：中国IT实验室