引 言
在電力系統(tǒng)三相信號處理應(yīng)用中，常需要同時對A、B、C三相電壓和電流信號進行數(shù)據(jù)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通道同時采樣的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部含有6個16位A／D轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)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。Philips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(wěn)定，與AD7656共同組成的6通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能在很大程度上提高系統(tǒng)的信號采集和處理能力。
1 AD7656的特點及工作原理
1．1 AD7656的特點
圖1為AD7656的內(nèi)部功能框圖。
其主要特性為：
- 6個16位獨立的ADC通道。
- 輸入模擬信號的范圍為±(10～15 V)。
- 最大轉(zhuǎn)換速率為250ksps。
- 低功耗，5 V供電時在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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，3個轉(zhuǎn)換信號CONVSTA／B／C，用來控制每對或每4個或每6個ADC同時采樣。如果將3個CONVST引腳連接在一起，就可對6個ADC同時進行采樣。在CONVSTX的上升沿，被選擇的ADC對被置為保持模式，轉(zhuǎn)換開始。CONVSTX的上升沿過后，BUSY信號變?yōu)楦唠娖奖砻鬓D(zhuǎn)換正在進行，轉(zhuǎn)換時間是3μs，BUSY信號返回低電平表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。在BUSY信號的下降沿，ADC回到跟蹤模式，數(shù)據(jù)可以通過并行或串行接口從輸出寄存器讀出。16位并行接口讀取數(shù)據(jù)時先將CS置低，每當讀信號(RD)變低，就從16位總線上讀取1路數(shù)據(jù)，6路A／D數(shù)據(jù)則需要讀取6次，其內(nèi)部轉(zhuǎn)換16位并行接口模式時序如圖2所示。
2 硬件設(shè)計
圖3為AD7656與LPC2210的接口設(shè)計，在三相交流電信號處理方面的應(yīng)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。LPC2210的PO．22與CONVSTX相連，用來啟動6路A／D的同時轉(zhuǎn)換。PO．23與RESET信號相連，為了控制AD7656復(fù)位。EINTl連接BUSY信號，AD7656轉(zhuǎn)換結(jié)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，用來讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，其地址范圍為0x81000000H～Ox81FFFFFFH。將LPC2210的16位數(shù)據(jù)總線和AD7656的16位數(shù)據(jù)總線相連接，由于LPC2210為3．3 V接口，而AD7656為5 V，所以串接100Ω電阻進行電平匹配。另外LPC2210還涉及液晶、鍵盤和RS232接口電路，用于人機接口和計算結(jié)果上傳。
在AD7656把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之前，需要對模擬信號進行信號調(diào)理，把模擬信號調(diào)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，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10μF和1個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(nèi)部參考。在具體電路板設(shè)計時，數(shù)字地和模擬地要分開，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(shù)字信號通過，這是為了減少干擾，提高測量精度。
3 軟件設(shè)計
接口設(shè)計應(yīng)用于多路數(shù)據(jù)采集，LPC2210數(shù)據(jù)讀取、處理的過程如圖4所示。對三相交流電進行數(shù)據(jù)采集，要求每個周期采樣128點，即20 ms采樣128點，也就是每156．25μs采樣一次。用定時器0定時，定時器時間到，啟動A／D轉(zhuǎn)換，如果CONVSTA／B／C三個信號綁在一起，6個通道的模擬信號同時開始轉(zhuǎn)換，3μs后6個通道的數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換完，BUSY信號變低產(chǎn)生中斷，通知ARM讀取數(shù)據(jù)。LPC2210給片選信號CS和讀信號RD一個低電平開始讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，把6路數(shù)據(jù)讀完，退出中斷，等待定時器下一次定時到，啟動下一次轉(zhuǎn)換，待128次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完之后，暫停定時計數(shù)，開始計算。計算結(jié)束后，再次啟動定時，完成下一個周期的128次數(shù)據(jù)采集。
結(jié) 語
本文介紹了一種新型的模／數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7656，它能同時采集6路信號，而且與LPC2210接口電路簡單，控制方便，可應(yīng)用于電力系統(tǒng)三相交流電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。