基于DSP的16通道聲發(fā)射同步數據采集電路設計
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摘要：針對煤巖聲發(fā)射信號監測系統的需求，采用16位定點(diǎn)DSP芯片TMS320VC5509A和高精度A／D轉換器ADS1278設計了一種具有24位分辨率、16通道同步數據采集功能的數據采集電路?？刂平涌诓捎肐2C接口擴展I／O的方式實(shí)現，數據接口采用McBSP接口以幀同步方式實(shí)現，2片ADS1278采用菊花鏈的方式級聯(lián)。給出了硬件電路、底層軟件和測試結果，該數據采集電路具有接口簡(jiǎn)單、高性能、低功耗、設置靈活等特點(diǎn)，已經(jīng)應用于課題組研制的煤巖聲發(fā)射監測系統中。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/154851.htm關(guān)鍵詞：DSP；聲發(fā)射；高精度；多通道；同步數據采集
煤巖聲發(fā)射監測，又名微震監測，是一種公認的很有發(fā)展前途的連續預測煤礦動(dòng)力災害的方法。目前國內已經(jīng)有多套國產(chǎn)和引進(jìn)的系統投入使用。其中，煤巖聲發(fā)射信號的采集是該監測系統實(shí)現的重要環(huán)節之一，它要求數據采集電路具有大動(dòng)態(tài)范圍、多通道同步數據采集等特點(diǎn)。目前，國內已有多家單位進(jìn)行了相關(guān)的研究工作：熊慶國等采用單片機+DSP的方案研制出便于攜帶的具有16位分辨率的單通道巖體聲發(fā)射監測儀；周鳳星等采用C8051F022核心控制器，設計出能夠同步采集三路16位分辨率加速度傳感器信號的聲發(fā)射數據采集站：潘一山等研制的礦震監測定位系統采用了16位、8通道的數據采集器；王繼強等以TMS320VC5402處理器，分別設計了8通道、16位分辨率的微震實(shí)時(shí)監測系統。
隨著(zhù)技術(shù)的快速發(fā)展，處理器和A／D轉換器的性能都在不斷改善，使得更多通道、更高分辨率的煤巖聲發(fā)射信號采集成為可能。TMS320 VC5509A是TI公司推出的一款低功耗、高性能、16位定點(diǎn)DSP處理器，其主頻最高可達200 MHz，具有豐富的外設，適用于大量數據的數據采集和處理。ADS1278是TI公司推出的一款工業(yè)級的24位分辨率、8通道同步A／D轉換器，具有優(yōu)良的AC和DC性能，采樣率最高可以達144 ksps，并且可通過(guò)菊花鏈的方式級聯(lián)多片，實(shí)現更多通道的數據采集。文中以DSP處理器TMS320VC5509A為核心，通過(guò)菊花鏈的方式擴展了2片ADS12 78，實(shí)現了24位分辨率、16通道同步數據采集。
1 數據采集電路的工作原理
數據采集電路的結構框圖如圖1所示，其工作原理為：系統上電后，TMS320VC5509A(以下簡(jiǎn)稱(chēng)VC5509A)首先完成對自身資源的配置，然后通過(guò)I2C總線(xiàn)配置PCA9535的I／O口狀態(tài)，完成對ADS1278的基本配置。待以上準備工作完畢后，VC5509A發(fā)出一個(gè)同步轉換脈沖，啟動(dòng)A／D轉換；這時(shí)，前端傳感器采集的煤巖聲發(fā)射信號經(jīng)過(guò)信號調理電路放大、濾波等預處理后送入ADS1278進(jìn)行數據轉換。最后，各通道轉換后的數據以時(shí)分復用的形式送入VC5509A的McBSP端口，完成數據的采集。
由數據采集電路的原理框圖可以看出，VC5509A與ADS1278的接口是該設計的核心。該接口電路按功能劃分為兩部分：一個(gè)是控制接口，用于設置ADS1278的工作模式、數據傳輸模式和通道使能情況：另一個(gè)是數據接口，用于傳輸ADS1278采集的數據。此外，電源和基準電路也是該數據采集電路的重要組成部分，下文將詳細介紹。
2 數據采集電路的硬件實(shí)現
2．1 VC5509A與ADS1278控制接口電路設計
ADS1278的工作模式、數據輸出模式和通道使能都是通過(guò)引腳來(lái)設定的，每片需要設置的引腳多達14個(gè)。倘若采用VC5509A的I／O口完成配置，勢必造成很大的資源浪費。本文通過(guò)VC5509A的I2C控制器掛載了兩片PCA9535來(lái)完成對ADS1278的配置，只占用兩個(gè)引腳。
圖2給出了單片ADS1278與VC5509A的控制接口電路，其中，3位撥碼開(kāi)關(guān)用于設置PCA9535的I2C地址；PWDN[8：1]用于設置各通道的開(kāi)啟情況；MODE[1：0]用于設置工作模式；FORMAT[2：0]用于設置串行數據輸出的傳輸協(xié)議和數據格式；CLKDIV用于設置時(shí)鐘是否減半；LED指示引腳連接一個(gè)用戶(hù)指示燈，當向對應的I／O口寫(xiě)入低電平時(shí)，該指示燈點(diǎn)亮，可據此觀(guān)察PCA9535配置是否成功。
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