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引言 在電力系統三相信號處理應用中，常需要同時(shí)對A、B、C三相電壓和電流信號進(jìn)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(shí)采樣的模／數轉換器，內部含有6個(gè)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(diǎn)。Phmps公司出品的LPC2210，是一款工業(yè)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(diǎn)及工作原理 1．1 AD7656的特點(diǎn) 圖1為AD7656的內部功能框圖。 
其主要特性為： ◆6個(gè)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(shí)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(shí)，3個(gè)轉換信號 CONVSTA／B／C，用來(lái)控制每對或每4個(gè)或每6個(gè)ADC同時(shí)采樣。如果將3個(gè)CONVST引腳連接在一起，就可對6個(gè)ADC同時(shí)進(jìn)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(kāi)始。CONVSTX的上升沿過(guò)后，BUSY信號變?yōu)楦唠娖奖砻鬓D換正在進(jìn)行，轉換時(shí)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(guò)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(shí)先將CS置低，每當讀信號(RD)變低，就從16位總線(xiàn)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(shí)序如圖2所示。
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(diǎn)。LPC2210的PO．22與CONVSTX相連，用來(lái)啟動(dòng)6路A／D的同時(shí)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(lái)讀取轉換結果，其地址范圍為0x81000000H～Ox81FFFFFFH。將 LPC2210的16位數據總線(xiàn)和AD7656的16位數據總線(xiàn)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(jìn)行電平匹配。另外LPC2210還涉及液晶、鍵盤(pán)和RS232接口電路，用于人機接口和計算結果上傳。
在A(yíng)D7656把模擬信號轉換為數字信號之前，需要對模擬信號進(jìn)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(shí)，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(gè)10μF和1個(gè)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(gè)接口外，AD7656其他關(guān)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(shí)，數字地和模擬地要分開(kāi)，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(guò)，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(guò)程如圖4所示。對三相交流電進(jìn)行數據采集，要求每個(gè)周期采樣128點(diǎn)，即20 ms采樣128點(diǎn)，也就是每156．25μs采樣一次。用定時(shí)器0定時(shí)，定時(shí)器時(shí)間到，啟動(dòng)A／D轉換，如果CONVSTA／B／C三個(gè)信號綁在一起，6 個(gè)通道的模擬信號同時(shí)開(kāi)始轉換，3μs后6個(gè)通道的數據全部轉換完，BUSY信號變低產(chǎn)生中斷，通知ARM讀取數據。LPC2210給片選信號CS和讀信號RD一個(gè)低電平開(kāi)始讀取轉換結果，把6路數據讀完，退出中斷，等待定時(shí)器下一次定時(shí)到，啟動(dòng)下一次轉換，待128次數據轉換完之后，暫停定時(shí)計數，開(kāi)始計算。計算結束后，再次啟動(dòng)定時(shí)，完成下一個(gè)周期的128次數據采集。
結語(yǔ) 本文介紹了一種新型的模／數轉換芯片AD7656，它能同時(shí)采集6路信號，而且與LPC2210接口電路簡(jiǎn)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。 參考文獻 1. ADI公司 250kSPS 6-Channel Simultaneous Sampling Bipolar 16 Bit ADC AD7656 2006 2. Philips公司 LPC2210 User Manual 2004 3. 周立功 ARM 嵌入式系統基礎教程 2005 作者：河北大學(xué) 常鐵原 王欣 盧冬冬 來(lái)源：單片機與嵌入式系統應用 2008 (12) |
