軟件實(shí)現(xiàn)方案整個(gè)系統(tǒng)分配置模式和工作模式兩部分。配置模式下，系統(tǒng)接收來自PC機(jī)端的配置信息，包括串口通訊速率、通道選擇、AD配置字等信息的設(shè)置，并寫入FLASH存儲(chǔ)器供工作模式調(diào)用。工作模式下，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)SEP3203的GPIO口A/D的初始化，通過軟件模擬SPI協(xié)議完成SEP3203與A/D的通訊，最終是數(shù)據(jù)采集向上位機(jī)傳輸?shù)膽?yīng)用程序。

　　高精度數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)ADS1210簡(jiǎn)介特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)（1）Δ2∑型A/D轉(zhuǎn)換器；（2）10Hz下23位有效分辨率，1000Hz下20位分辨率；（3）差分輸入；（4）內(nèi)置可編程增益放大器；（5）SPI兼容二線SSI接口；（6）高達(dá)1516kHz的可編程截至頻率；（7）內(nèi)部/外部參考電壓；（8）具有芯片自校準(zhǔn)功能。

　　ADS1210芯片為18腳DIP或SOP封裝，結(jié)構(gòu)如3所示。其內(nèi)部由可編程增益放大器（PGA）、二階Δ2∑調(diào)制器、調(diào)制控制器、三階數(shù)字濾波器、微控制單元、寄存器組（包括指令寄存器INSR、命令寄存器CMR、數(shù)據(jù)輸出寄存器DOR、零點(diǎn)校準(zhǔn)寄存器OCR和滿量程校準(zhǔn)寄存器FSR）、串行接口、時(shí)鐘電路、313V偏置電壓和內(nèi)部215V參考電壓。

　　主要功能寄存器ADS1210內(nèi)部共有5種寄存器，其中，指令寄存器（INSR）和命令寄存器（CMR）控制轉(zhuǎn)換器的操作；數(shù)據(jù)輸出寄存器（DOR）存放最新轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)；零點(diǎn)校準(zhǔn)寄存器（OCR）和滿量程校準(zhǔn)寄存器（FSR）用于對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)。

　�。�1）指令寄存器（INSR）表1指令寄存器格式R/WMB1MB00A3A2A1A0最低位R/W：讀寫控制位，“1”為讀，“0”為寫。MB1，MB0：表示讀寫字節(jié)數(shù)，“00～11”依次對(duì)應(yīng)“1～4”字節(jié)。A3～A0：欲讀寫寄存器的地址。

　�。�2）命令寄存器（CMR）REFO：控制是否選用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，“1”為使用內(nèi)部基準(zhǔn)，“0”為使用外部基準(zhǔn)。DF：采樣數(shù)據(jù)輸出形式位，“0”為補(bǔ)碼形式輸出，“1”為原碼形式輸出。U/B：數(shù)據(jù)極性輸出，“0”為雙極性數(shù)據(jù)輸出，“1”單極性數(shù)據(jù)輸出。BD：控制讀字節(jié)順序，“0”為從高字節(jié)到低字節(jié)，“1”為從低字節(jié)到高字節(jié)。

　　MSB：控制位的順序位，“0”為從高位到低位，“1”為從低位到高位。SDL：選擇數(shù)據(jù)輸出引腳，“0”為用“SDIO”輸出，“1”為用“SDOUT”輸出。DRDY：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備位（只讀），“0”表示輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，“1”表示輸出數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好。DSYNC：只寫位，同DRDY共用一位，“0”表示不改變調(diào)制器的計(jì)數(shù)器值，“1”表示將調(diào)制器的計(jì)數(shù)器值復(fù)位到0。SF2～SF0：加速因子選擇位。SR12～DR0：抽取速率選擇位。

　�。�3）數(shù)據(jù)輸出寄存器（DOR）DOR是24位寄存器，保存最新轉(zhuǎn)換所得數(shù)據(jù)，在DRDY變?yōu)榈碗娖街�前更新其�?nèi)容。如果寄存器內(nèi)容在1/fDATA-12（1/fXIN）時(shí)間內(nèi)未被讀出，則新轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)將覆蓋舊的數(shù)據(jù)（DRDY在DOR更新之前被強(qiáng)制為高電平，除非正在進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀�。�。

　　（4）零點(diǎn)校準(zhǔn)寄存器（OCR）滿量程校準(zhǔn)寄存器（FSR）OCR和FSR都是24位寄存器，存放校準(zhǔn)值用來對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　硬件連接電源方案由于本系統(tǒng)采樣精度較高，所以要求電源噪聲很小，另外還需要提供一精密基準(zhǔn)電壓用于校準(zhǔn)量程。本系統(tǒng)采用NR5D15/100升壓DC2DC將系統(tǒng)5V輸入電壓轉(zhuǎn)為±15V以供程控放大器PGA204使用；通過75L05將+15V電壓轉(zhuǎn)為較穩(wěn)的+5V供ADS1210使用；另一方面，通過精密基準(zhǔn)電壓源LM336將+15V轉(zhuǎn)為精密+5V供系統(tǒng)校準(zhǔn)。

　　A/D和放大器部分電路如圖4所示，信號(hào)經(jīng)過固態(tài)繼電器通道送至PGA204的Vin+端和Vin-端，AA1，AA0腳是PGA204的增益控制腳，其值“00～11”對(duì)應(yīng)放大器增益“1～1000”。信號(hào)經(jīng)PGA204放大后通過電阻網(wǎng)絡(luò)送至A/D。ADS1210選用內(nèi)部215V參考電壓，從REFout輸出至REFin，另外經(jīng)內(nèi)部放大133倍后產(chǎn)生313V偏置電壓從Vbias輸出。

　　ADS1210的反向輸入端接內(nèi)建215V基準(zhǔn)輸出，即215V對(duì)應(yīng)零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地信號(hào)的采樣轉(zhuǎn)換。ADS1210與SEP3203的接口通過DRDY，SCLK，SDIN和SDOUT四腳實(shí)現(xiàn)，為減少數(shù)字器件對(duì)模擬器件的信號(hào)干擾，加入高速光耦HCPL2630進(jìn)行信號(hào)隔離。軟件方案由于A/D是整個(gè)系統(tǒng)的核心器件，這里重點(diǎn)闡述ADS1210配置模塊。

　　AD配置模塊包括初始化以及初始化以后的校驗(yàn)兩部分。初始化部分完成ADS1210輸入量程、數(shù)據(jù)輸出速率等參數(shù)的設(shè)置，配置完畢后，須回讀配置信息以確認(rèn)配置成功與否，若成功則開始循環(huán)采集，若失敗則再次寫入配置信息。

　　SEP3203與ADS1210的通訊過程為：等待DRDY電平為低，然后在SCLK，SDIN和SD2OUT三引腳上按照SPI協(xié)議收發(fā)數(shù)據(jù)。4硬件連線圖A/D配置成功后，開始對(duì)各通道輪流采集數(shù)據(jù)。首先從FLASH中讀出配置信息，根據(jù)配置信息動(dòng)態(tài)改變PGA204增益將信號(hào)放大以匹配ADS1210的電壓輸入范圍，其次測(cè)量放大器兩輸入端短接情況下的電壓做零點(diǎn)校準(zhǔn)，然后測(cè)量板上LM336輸出的精密+5V做增益校準(zhǔn)，最后依次打開各通道測(cè)量數(shù)據(jù)并作相應(yīng)數(shù)據(jù)處理以供傳輸。每當(dāng)一組（16通道）數(shù)據(jù)測(cè)量完畢則通過RS485口送至PC機(jī)存儲(chǔ)或顯示。

　　結(jié)語采用基于ARM7TDMI內(nèi)核的SEP3203微處理器、ADS1210，PGA204構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集器，具有高精度、高性能及低成本等特點(diǎn)，采用485總線傳輸提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃�，非常適于功耗檢測(cè)。另外SEP3203處理器片上資源豐富可擴(kuò)展性強(qiáng)，將來還可加入LCD液晶屏和微硬盤實(shí)現(xiàn)脫離PC機(jī)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示，有著非常好的應(yīng)用前景。

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