本站原创【摘 要】科学研究和工业生产,对测控系统信息采集的速度和精度提出了越来越高的要求.本文利用TMS320C6713B芯片高速度高效率的信号处理能力,结合高精度A/D转换芯片MAX1403,提出了一种高速高精度的信息采集系统设计方案,并以热电偶温度传感器的应用为例,给出了实用的温度信号采集电路.
【关 键 词 】DSP；信息采集；温度传感器
0 引言
信息采集技术应用极为广泛,在工农业生产、科学研究、国防现代化、消费娱乐等各行各业都有大量应用,是现代信息技术的三大支撑技术之一,在信息系统中是首要的基础的一环[1].信息采集技术的优劣影响着信息传输和信息处理的质量.随着全社会信息化水平的提高,业界对信息采集技术提出了更高的要求.速度和精度是衡量信息采集技术优劣程度的关键指标,设计高速高精度的信息采集系统具有重要的实用价值.
1.硬件设计
考虑信息采集系统对高速高精度的要求,本文利用TI公司的浮点DSP芯片TMS320C6713B作为处理器.TMS320C6713B是TI公司继C62X系列定点DSP芯片后开发的一种32bit新型浮点DSP芯片,该芯片的内部结构在C62X基础上改进,具有如下特点：（1）处理速度快,工作主频最高可达到300MHz,峰值运算能力为2400MIPS/1 800MFLOPS；（2）硬件支持IEEE格式的32bit单精度与64bit双精度浮点操作；（3）集成了32×32bit的乘法器,其结果可为32bit或64bit；（4）C62X指令无需任何改变即可在C6713B上运行[2].
要完成高精度的信息采集需要高精度A/D转换芯片,本文中选用MAXIM公司的MAX1403.其主要特点为：（1）精度为18bit（480SPS）,16位无漏码,INL：±0.001%；（2）自带恒流源输出,可方便的与传感器相连；（3）供电电压为3.3V,方便应用于DSP系统中；（4）低功耗；（5）3个全差分测量通道,2个额外的全差分校正通道；（6）片内可编程的增益放大器,1～128倍放大；（7）过采用技术和数字滤波器；（8）SPI串口输出.MAX1403的内部原理框图如图1所示[3].
图1 MAX1403内部原理框图
图1中,左边是模拟电压输入、恒流源输出和参考电压输入.模拟电压输入后,经多通道选择器的开合,切换至一对缓冲器,之后进入可编程放大部分,放大倍数为1～128.右边包含了SPI接口电路控制单元、CLK时钟模块以及数字滤波器等.
C6713B自带2个McBSP接口,该接口能与SPI格式的串口连接.当McBSP用于时钟停止模式时,即为SPI模式.在本文中,采用McBSP的时钟停止模式实现C6713B与MAX1403的无缝连接.C6713B与MAX1403电路连接如图2所示.
图2 C6713B与MAX1403电路连接图
MAX1403的OUT1、OUT2接口提供了2路200μA恒流源,可用于为传感器提供电源,这使其在工业测量应用中能简化电路设计.在工业控制中常需要采集温度信号.热电偶是常用的温度传感器,本文采用热电偶将温度转化为电压,并由MAX1403将获取的电压转化为数字形式.热电偶与MAX1403的电路连接如图3所示.
图3 热电偶与MAX1403的电路连接
热电偶的输出信号较微弱,在将信号输入电路前,应防止电磁、环境温度等的干扰,可采用屏蔽线.在将热电偶转换后的电压输入电路后,还需进行滤波和放大处理.图3中热电偶和MAX1403间的RC滤波电路可滤除热电偶信号中的干扰信号.MAX1403内部的可编程放大器可将信号放大到适当的幅值.
利用MAX1403还可以构成热电阻测量电路和传感器桥式测量电路,综合考虑系统的可扩展性,MAX1403的电路设计如图4所示.
2.软件程序设计
该信息采集系统的软件设计主要包括MAX1403初始化、C6713B的McBSP初始化、C6713B通过McBSP读写数据等模块,各模块的主要程序如下：
2.1 MAX1403初始化
void Init_max1403 （void）
{
INT MY_GS1,MY_GS2,MY_GS3,MY_TF1,MY_TF2,MY_TF3；
MY_GS1 等于 0x0A； MY_GS2 等于 0x00； MY_GS3 等于 0x00；
MY_TF1 等于 0x00； MY_TF2 等于 0x00； MY_TF3 等于 0x00；
Mcbsp_write （0x10）；
Mcbsp_write （MY_GS1）； /*写全局设置寄存器1 */
Mcbsp_write （0x20）；
Mcbsp_write （MY_GS2）； /*写全局设置寄存器2 */
Mcbsp_write （0x30）；
Mcbsp_write （MY_GS3）； /*写全局设置寄存器3 */
Mcbsp_write （0x40）；
Mcbsp_write （MY_TF1）； /*设置转换寄存器1 */
Mcbsp_write （0x50）；
Mcbsp_write （MY_TF2）； /*设置转换寄存器2 */
Mcbsp_write （0x60）；
Mcbsp_write （MY_TF3）； /*设置转换寄存器3 */
}
2.2 C6713B的McBSP初始化
void McBsp0_init（）
{
write_reg（SPCR1,0x4001000）；
delays（10）；
}
2.3 C6713B通过McBSP写数据
void Mcbsp_write（）
{
*（DXR11）等于 data0； //写数据到DXR11寄存器
}
2.4 C6713B通过McBSP读数据
void Mcbsp_read（）
{
*（DXR11）等于0x0；
data0等于*（DRR11）； //从DXR11寄存器中读取数据
}
3.结语
MAX1403具有很高的AD转换精度,能提供2路恒流源,且片内集成有数字信号滤波器和可调增益放大器,这些特点使其特别适合于高精度的信息采集,结合C6713B高速的信号处理能力,本文设计了一种高速高精度的信息采集系统,并以工控领域常用的温度信息采集为例给出了该系统的应用实例.
【参考文献】
[1]孙传友,张一.感测技术基础[M].3版.北京：电子工业出版社,2011.
[2]Texas Instruments, Inc.,TMS320C6713B floating-point digital signal processor.Literature Number：SPRS294B,2006[Z].
[3]陈海涵,王淑娟.高性能∑-ΔA/D转换器MAX1403在微功耗旋涡流量计中的应用[J].仪器仪表用户,2002（5）：27-30.
[责任编辑：丁艳]
※基金项目：吉首大学2012年度实验室开放基金项目《基于虚拟仪器技术的信号采集与处理系统设计与实现》（JDLF2012025）.
作者简介：李曙（1985―）,湖南益阳人,吉首大学信息科学与工程学院教师,研究方向为通信信号处理、信息安全.