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实时数据采集与处理技术在许多领域得到广泛应用。在图像处理、瞬态信号检测、软件无线电、雷达信号分析、医用成像设备和工业现场控制方面，需要对连续变化的模拟信号进行同步数据采集，因此，对运动过程中变化的信号高速A/D采集是十分重要的[1]。本文介绍一种基于TI公司的TMS320F2812 DSP芯片(以下简称F2812)与A/D转换芯片ADS8364构成的同步高精度的数据采集系统，解决了大型曲面钢板结构参数测量机器人系统中传感器信号采集的关键问题。
1 系统原理
本采集系统结构框图如图1所示，由前端的系统(包括电流信号取样、信号调理模块、A/D转换模块、DSP处理器控制模块、CAN总线网络)以及上位机、PC104机、上位机CAN适配器几部分组成。其中前端系统的核心部分是A/D转换模块和F2812，A/D转换将模拟信号转换成数字信号，A/D接收控制芯片F2812指令，设定A/D转换部分的采样率，控制A/D转换，进行数据预处理。数据就绪后,通过ADS8364的EOC信号通知F2812，由F2812将数据读出并且进行计算处理。DSP通过控制CPLD在合适的时候采样并读取采样数据，在空闲的时候做数据处理。
系统主要完成的任务为：DSP接收上位机通过CAN总线上发送的命令，完成系统工作参数的设置，并通过模拟地址/数据总线与CPLD进行通信，向CPLD发送控制命令；对外部的多路模拟量输入进行信号调理，在CPLD控制下进行单通道A/D转换，将采集到的数据存储在1片Flash芯片中，并经过CAN总线实时传送给上位PC104主机。
2 系统硬件
系统硬件包括信号调理模块、A/D转换模块、DSP 处理器模块、CPLD 逻辑控制模块以及CAN总线通信模块。DSP、CPLD、ADS8364之间的接口设计如图2所示。
2.1 信号调理模块的设计[1]
激光位移传感器输出的模拟量电流输入信号的范围为4～20 mA。ADS8364待转换的模拟输入电压范围应保持在AGND-0.3 V和AVDD+0.3 V之间。通过1个250 Ω精密取样电阻，将电流信号转换为1～5 V电压信号。通过运放跟随电路提高输入阻抗，增强系统的抗干扰能力。电路中取样电阻非常关键，它们影响着输入信号的变换精度，因此必须采用温漂较小的精密电阻。
2.2 DSP处理器与A/D转换模块设计
本采集系统要求对激光位移传感器的模拟信号进行采集，鉴于测量精度要求较高，选择TI公司的高精度ADS8364作为A/D转换芯片，它是TI公司新推出的高速、低功耗、6通道同步采样16位模数转换器，采用+5 V工作电压，最大采样吞吐率可高达5 MHz; 带有80 dB共模抑制的全差分输入通道以及6个4 s连续近似的模数转换器、6个差分采样放大器；片上还带有+2.5 V参考电压以及高速并行接口。
DSP主要负责通过CAN总线与上位机交换数据、以地址/数据总线的方式与CPLD 通信, 实现对数据采集的控制以及对采样后的数据进行前端数字信号处理(数字低通滤波)。这里选用TI公司的32位定点DSP TMS320F2812芯片,它采用1.8 V 的内核电压, 具有3.3 V 的外围接口电压,最高频率150 MHz,片内有18 KB的RAM, 128 KB的高速Flash[2]。
作者：王 霞 李淑民 裴 培 李培正 来源：电子技术应用
