用FIFO實(shí)現超聲測厚系統A／D與ARM接口設計
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1 芯片選型
1．1 S3C2410處理器
S3C2410處理器是Samsung公司基于A(yíng)RM公司的ARM920T處理器核，采用0．18μm制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨立的16 KB指令Cache和16 KB數據CACHE，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer，I／O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，I2C-BUS接口，IIS-BUS接口，2個(gè)USB主機，1個(gè)USB設備，SD主機和MMC接口，2路SPI。S3C2410是16／32位RISC體系結構處理器，使用ARM920T CPU核的強大指令集，處理器最高可運行在203 MHz。
1．2 AD9283高速模數轉換器
在超聲波無(wú)損檢測系統中，超聲波探頭的頻率一般是2～10 MHz。取探頭頻率為5 MHz，根據采樣定理，采樣頻率最好是探頭頻率的5～8倍，因此A／D芯片選用AD公司的AD9283，它的最大采樣速率達100 MHz，可以滿(mǎn)足系統要求。
1．3 FIFO存儲器CY7C4261
FIFO存儲器作為A／D與ARM之間的橋梁，其參數指標直接影響數據的采集速度。首先，FIFO存儲器的讀／寫(xiě)速度要足夠快，為方便調試，最好能和A／D器件的最大速度相一致；其次，FIFO存儲器的存儲容量要適宜，如果容量過(guò)大會(huì )造成資源浪費，如果容量過(guò)小會(huì )造成溢出或者數據采集速度過(guò)慢。
常用被測物厚度為10 mm，當信號長(cháng)度取前8個(gè)波峰，整個(gè)系統工作在極限頻率100 MHz的情況下，有如下計算：
采樣次數=采樣速率×時(shí)間
=采樣速率×(2×厚度×8／超聲波速度)
=100×2×0．01×8／5 900
=2 712次
即需要將近3 KB的緩存。該超聲波測厚系統最大需測量厚度50 mm的物體，故需要容量15 K×8 B的FIFO。因此FIFO的深度要大于15 KB；寬度大于A(yíng)／D的位數，即大于8位；最大工作速率100 MHz，與A／D采樣速率相一致。該設計選用CY公司的FIFO存儲器CY7C4261，其最大采樣速率達100 MHz，與AD9283最大采樣速率相同；容量為16 KB×9 B，可以滿(mǎn)足數據量要求。
2 接口設計
AD9283是8位模／數轉換器，CY7C4261是9位FIFO，S3C2410的數據總線(xiàn)是32位。CY7C4261只需接S3C2410的低8位DO～D7。由于FIFO的先入先出結構，系統中不需要任何地址線(xiàn)的參與，大大簡(jiǎn)化了電路。A／D采樣所得數據要實(shí)時(shí)送入FIFO，兩者的寫(xiě)時(shí)鐘頻率必須一樣，且AD9283和CY7C4261的最小時(shí)鐘輸入都是10 ns，操作起來(lái)統一方便。74ALS08是四-二輸入與門(mén)，把ARM的脈寬調制波輸出口中的TOUTl(GPBl)，TOUT2(GPB2)配置為通用輸出口，對74ALS08的通斷進(jìn)行控制，從而對A／D和FIFO的寫(xiě)時(shí)鐘進(jìn)行控制。S3C2410的CLKOUTO與CY7C4261的RCLK相連為FIFO提供讀時(shí)鐘。CY7C4261的全滿(mǎn)標志位
與S3C2410的外部中斷EINTl相連用以觸發(fā)外部中斷。S3C2410的nRSTOUTl與CY7C4261的
相連用以復位FIFO。接口框圖如圖1所示。
3 時(shí)序設計
通過(guò)兩個(gè)與門(mén)分別對A／D和FIFO的寫(xiě)時(shí)鐘進(jìn)行控制。因為AD9283從模擬輸入開(kāi)始到該次轉換的數據出現在輸出口上需要4個(gè)時(shí)鐘周期，并且在高速度采樣時(shí)導線(xiàn)的延時(shí)效果會(huì )非常明顯，若把A／D和FIFO的時(shí)鐘連在一起，很可能過(guò)多地采到無(wú)效數據。分開(kāi)控制以后，通過(guò)軟件延時(shí)，可以方便地分別對A／D和FIFO的時(shí)鐘進(jìn)行控制。調試起來(lái)相當方便，力圖把采到無(wú)效數據的位數減至最低。AD9283的工作時(shí)序如圖2所示，CY7C4621寫(xiě)時(shí)序圖如圖3所示。
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