數字示波器之DMA高速數據采集方案設計
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本刊前兩期給出了數字示波器DIY制作方案，第一篇集中介紹了LCD繪圖顯示，第二篇介紹了模擬信號調理，完成這些內容學(xué)習之后，讀者可能會(huì )發(fā)現一個(gè)致命的問(wèn)題，那就是高速數據采集，前面給出的方案是基于MCU控制的ADC，這種方案致命的缺陷是數據采集的速度慢，對頻率稍高的信號無(wú)法有效采樣，本篇將介紹一種MCU加CPLD控制的DMA高速數據采樣方案。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201701/337769.htm一、傳統低速數據采集
傳統MCU控制的ADC數據采集原理框圖如圖1所示，MCU運行驅動(dòng)程序控制ADC循環(huán)轉換，每次轉換通常由啟動(dòng)、查詢(xún)等待、讀取數據、寫(xiě)入RAM幾個(gè)過(guò)程，每一個(gè)過(guò)程都需要CPU執行若干指令來(lái)實(shí)現，這樣的數據采集不僅受ADC速度，尤其是受到MCU運行速度影響，通常只能做低速數據采集。
二、DMA數據采集
DMA也就是DirectMemoryAccess簡(jiǎn)稱(chēng)，是直接內存存取的意思，DMA的主要優(yōu)勢是可在無(wú)CPU干涉的情況下進(jìn)行數據的交換，可以將ADC的速度發(fā)揮到極致?；贛CU加CPLD控制的DMA原理框圖如圖2所示。MCU通過(guò)對CPLD的控制，實(shí)現讓出數據總線(xiàn)，由CPLD時(shí)序邏輯電路控制AD循環(huán)轉換并將結果直接存儲到RAM中，這個(gè)循環(huán)過(guò)程是純硬件電路實(shí)現的，因此速度快，不受MCU速度影響。MCU查詢(xún)到一幀數據采集完成后，再奪回數據總線(xiàn)，從RAM中讀取數據，處理數據并顯示波形。
下面我們結合具體的器件來(lái)介紹這種DMA方案，ADC器件選擇TLC5510，RAM選擇UT62256，32KSRAM。
TLC5510是美國德州儀器公司生產(chǎn)的８位半閃速結構模數轉換器，它采用CMOS工藝制造，可提供最小20Msps的采樣率。
TLC5510的工作時(shí)序圖如圖3所示，時(shí)鐘信號CLK在每一個(gè)下降沿采集模擬輸入信號。第Ｎ次采集的數據經(jīng)過(guò)2.5個(gè)時(shí)鐘周期的延遲之后，在時(shí)鐘上升沿將轉換得到的結果送到內部數據總線(xiàn)上，在時(shí)鐘其他時(shí)間段數據保持不變?？梢钥吹?，該器件可以在20MHz時(shí)鐘信號驅動(dòng)下以20MHz的采樣率采集數據，平均獲得一個(gè)數據只要0.05μs。
RAM數據寫(xiě)入時(shí)序圖如圖4所示。RAM的寫(xiě)入條件是具備確定的地址ADDR，CE=0，WE=0，OE=1；數據線(xiàn)上的數據將被寫(xiě)入RAM內部相應的單元。
綜合TLC5510的工作時(shí)序和RAM的寫(xiě)入時(shí)序，提出如圖5所示的驅動(dòng)過(guò)程?；谕粋€(gè)時(shí)鐘信號驅動(dòng)，在時(shí)鐘下降沿①、低電平②、上升沿③、高電平④4個(gè)節拍中，同步實(shí)現AD轉換和數據寫(xiě)入RAM。
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