在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就像控制系統(tǒng)的“眼睛”和“耳朵”一樣，成為控制系統(tǒng)不可或缺的重要部分。它是各種控制系統(tǒng)獲取信息的一種重要途徑。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度和實時性對于整個控制系統(tǒng)的性能至關(guān)重要，所以必須合理設(shè)計使其能提供預(yù)期的采樣速度、達(dá)到一定的轉(zhuǎn)換精度，并應(yīng)該做到電路簡單、抗干擾性能強。本采集系統(tǒng)采用ADI公司生產(chǎn)的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7862，它是一款高速、低功耗、雙核12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。能夠滿足系統(tǒng)對采樣精度和采樣速度的要求。控制器件采用dsPIC30F6010A數(shù)字信號控制芯片，它是Microchip公司生產(chǎn)的高性能16位數(shù)字信號控制器，內(nèi)核包含一個DSP引擎，從而能夠顯著增強系統(tǒng)的運算和吞吐能力。
在某些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，不僅對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度和實時性提出要求，而且要求其具有數(shù)據(jù)存儲功能，為了實現(xiàn)存儲功能，本系統(tǒng)使用SD卡。SD卡(Seeure Digital Memory Card)為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它具有存儲容量大，速度快等特點，被廣泛用于便攜式裝置上。
1 AD7862簡介
AD7862是一款高速、低功耗、雙核12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，采用+5 V單電源供電。該器件內(nèi)置2個4μs逐次逼近型ADC、2個采樣保持放大器、1個+2．5 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源和1個高速并行接口。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖l所示。
由于AD7862內(nèi)置2個ADC和2個采樣保持放大器，可以對2路模擬輸入信號進行同時采樣和轉(zhuǎn)換，從而保留這兩個模擬輸入信號的相對相位信息。這一功能適用在逆變器采集系統(tǒng)中。它共有4個模擬輸入，分成2個通道(A和B)，通過AO輸入選擇通道。每個通道的2個輸入(VA1與VA2或VB1與VB2)使用不同的ADC和采樣保持放大器可同時進行采樣和轉(zhuǎn)換。該器件可接收的模擬輸入范圍為±10 V(AD7862～10)、±2．5 V(AD7862-3)和O～2．5 V(AD7862-2)。本系統(tǒng)采用AD7862-10。模擬輸入均具有過壓保護，允許輸入電壓分別達(dá)到±17 V、±7 V或+7 V而不會造成損壞。
轉(zhuǎn)換開始信號低電平有效，同時將2個采樣保持放大器置于保持狀態(tài)，并啟動兩個輸入轉(zhuǎn)換操作。轉(zhuǎn)換開始后，置BUSY信號為高電平，表示轉(zhuǎn)換還未結(jié)束，當(dāng)再次回到低電平時，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時便可讀取2個通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。實際應(yīng)用中，先置為低電平一段時間，然后檢測BUSY信號，當(dāng)為低電平時，就開始讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。轉(zhuǎn)換結(jié)束后的第一次讀取操作訪問VA1或VB1的結(jié)果，而第二次讀取操作訪問VA2或VB2的結(jié)果，具體取決于多路復(fù)用器選擇AO是低電平還是高電平。AO為低電平時，讀取VA1或VA2；A0為高電平時，讀取VB2或VB2。該器件的時序如圖2所示。
2 dsPIC30F6010A簡介
16位dsPIC30F6010A數(shù)字信號控制器是16位處理器系列。它是dsPIC30F電機控制和電源轉(zhuǎn)換系列，用于支持電機控制應(yīng)用，也適用于不間斷電源、逆變器、開關(guān)電源及相關(guān)設(shè)備。
內(nèi)部有144 KB片上閃存程序空間，8 KB片上數(shù)據(jù)RAM，4 KB非易失性數(shù)據(jù)EEPROM：工作速度最高可達(dá)30MI/s；5個16位定時器/計數(shù)器；可選擇將16位定時器配對組成32位定時器模塊；16位捕捉輸入功能；8個PWM輸出通道：具有互補或獨立輸出模式、邊沿對齊模式和中心對齊模式，4個占空比發(fā)生器、互補模式的死區(qū)時間控制：2個UART、2個SPI、1個I2C總線和2個CAN總線：最大I/O引腳數(shù)為68個。
dsPIC30F601OA處理器采用改進的哈佛架構(gòu)，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)存儲器總線。在執(zhí)行訪問數(shù)據(jù)RAM當(dāng)前指令的同時可從程序存儲器中預(yù)取下一條指令，這就加快了處理速度。數(shù)據(jù)空間為64 KB，大多數(shù)指令將其看作一個線性地址空間。當(dāng)使用某些DSP指令，如DSP乘法指令時，該存儲空間被分成2塊，分別稱為X和Y數(shù)據(jù)空間。因此，這些DSP指令支持雙操作數(shù)讀操作，即，同一條指令可同時從X存儲空間和Y存儲空間中取數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)設(shè)計
本采樣系統(tǒng)主要分為硬件部分設(shè)計和軟件部分設(shè)計。硬件部分是以dsPIC30F601OA為控制和處理核心，去控制AD7862和SD卡來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高精度、實時采集和實時存儲。信號的高精度和實時模數(shù)轉(zhuǎn)換由AD7862來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)的存儲由控制器通過SPI接口訪問SD卡來實現(xiàn)。軟件部分主要由控制器I/O引腳的初始化、模數(shù)轉(zhuǎn)換開始控制、數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)存儲等部分組成。
3．1 硬件部分實現(xiàn)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以16位dsPIC30F6010A數(shù)字信號控制器作為系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理核心，產(chǎn)生控制信號控制AD7862實現(xiàn)高精度的實時數(shù)據(jù)采集。AD7862共需4個控制信號，分別為、AO、和。為轉(zhuǎn)換開始控制信號，A0為讀取通道選擇控制信號，它控制該通道進行A/D轉(zhuǎn)換和讀取其A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。為片選信號，低電平有效，在本系統(tǒng)中使其直接與地相連。為讀控制信號，低電平有效，當(dāng)為低電平時可以按順序讀取VA1、VA2或VBl、VB2上的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過以上分析共需3個控制信號，即dsPIC230F6010A的I/O接口RB8、RB9和RBl0，通過軟件產(chǎn)生。
AD7862還產(chǎn)生BUSY信號，通過它告知控制器A/D轉(zhuǎn)換完成，可以讀取結(jié)果。dsPIC30F6010A的中斷控制器支持5種外部中斷請求信號：IN-T0～I(xiàn)NT4。這些輸入是邊沿敏感的；它們要求一個由低到高或由高到低的跳變以產(chǎn)生一個中斷請求。INTCON2寄存器具有5個位(INTOEP～I(xiàn)N-T4EP)，用于選譯邊沿檢測電路的極性。本系統(tǒng)中采用由高到低的跳變產(chǎn)生中斷請求，BLISY控制信號與dsPIC30F60lOA的INTO相連。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果通過dsPIC30F60IOA的I/O口，讀到控制器內(nèi)部。AD7862與控制器的電路連接圖如圖3所示。
3．2 軟件部分實現(xiàn)
軟件部分流程如圖5所示，系統(tǒng)啟動后先初始化I/O、SD卡、AD7862和設(shè)置INT0中斷，為A/D采樣和數(shù)據(jù)存儲做準(zhǔn)備。由于AD7862有兩個通道。需對這兩個通道分別進行A/D轉(zhuǎn)換，先采樣A通道后采樣B通道，具體是哪個通道由AO決定，也就是控制器的RB8引腳。
數(shù)據(jù)采集過程中要獲知A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束的方法有：
1)定時 使用定時器，轉(zhuǎn)換開始后過一段時間讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；
2)掃描 掃描BUSY引腳，當(dāng)變?yōu)榈碗娖綍r，即可知轉(zhuǎn)換結(jié)束，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；
3)中斷 BUSY作為中斷信號，輸入到INTO中，并設(shè)置為從高到低觸發(fā)中斷，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，BUSY信號由高變低，觸發(fā)中斷。
本系統(tǒng)采用第3種方法，即中斷方法。中斷服務(wù)子程序如圖6所示，進入中斷服務(wù)子程序后，首先清中斷標(biāo)示，然后分兩次讀取，即Vx1和Vx2(X代表A或B)，讀完之后對數(shù)據(jù)進行處理并存儲到SD卡相應(yīng)位置中，最后置采樣結(jié)束標(biāo)示。
4 結(jié)束語
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用dsPIC30F6010A、AD7862和SD卡組成了高性能12位并行數(shù)據(jù)采集及存儲系統(tǒng)。介紹了硬件電路的連接，然后進行了數(shù)據(jù)采集的軟件設(shè)計與實現(xiàn)。實踐表明，通過對模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的正確使用，完全可以達(dá)到很高的采樣精度，并能滿足系統(tǒng)實時性的需要。通過外擴模擬電路部分，可以用于各種高精度高速的數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)。