TMS320F2812的多通道高速同步交流采樣設(shè)計

摘要：在電力運(yùn)行參數(shù)測控類應(yīng)用系統(tǒng)中，采用AD73360型A／D轉(zhuǎn)換器采集多路電壓和電流信號，使用TMS320F2812實現(xiàn)了高速同步采樣及電力參數(shù)在時域的計算；給出AD73360和TMS320F2812的硬件接口電路；采樣系統(tǒng)采用C語言編程，給出了主程序、多通道緩沖串行接口初始化過程等的流程圖；論述了采樣接收中斷、時域采樣數(shù)據(jù)處理等技術(shù)。通過測試驗證了設(shè)計方案的適用性和正確性。
關(guān)鍵詞：AD73360；TMS320F2812；同步采樣；電力參數(shù)；交流采樣

引言
多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般是在一塊印刷電路板上集成了模擬多路開關(guān)、程控放大器、采樣／保持器、A／D轉(zhuǎn)換器等器件。這類系統(tǒng)雖然可以采集多路模擬信號，但其實只有一路A／D轉(zhuǎn)換器。為了能夠采集多路模擬信號，本文采用美國ADI公司的AD73360型A／D轉(zhuǎn)換器及TI公司推出的2000系列DSP TMS320F2812，很好地實現(xiàn)了高速同步采樣。AD73360使用6線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同步串行接口與CPU接口，TMS320F2812支持6線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同步串行接口，所以AD73360與DSP經(jīng)過簡潔的連接后即可實現(xiàn)高速同步交流采樣。另外，由于AD73360具有6個同時采樣的模擬量輸入通道，所以特別適合三相制電力運(yùn)行參數(shù)測控類應(yīng)用系統(tǒng)。

1 AD73360介紹
AD73360是ADI公司推出的6通道模擬輸入前端的可編程處理器。由于采用調(diào)制型A／D轉(zhuǎn)換原理，具有良好的內(nèi)置抗混疊性能，所以對模擬前端濾波器的要求不高。每個A／D轉(zhuǎn)換通道由程控放大器、高速采集的A／D調(diào)制器、抽去數(shù)字濾波器組成。放大器增益、采樣率、抗混疊數(shù)字濾波器的截止頻率均可編程設(shè)置。每個通道可以允許直流頻率為4 kHz的模擬信號通過，且能提供77 dB的信噪比。由丁其采樣率和輸入信號增益都是可編程的，當(dāng)輸入時鐘頻率為16．384 MHz時，采樣頻率可分別設(shè)置為64 kHz、32 kHz、16 kHz、8 kHz。增益可在0～38 dB
之間選擇，因而它既適合大信號的應(yīng)用，也適合小信號的應(yīng)用。

AD73360內(nèi)部共有8個控制寄存器，分別是CRA～CRH，它們所占用的地址為0～7，每個的長度為8位。AD73360的同步串行接口能夠識別長度為16位的來自DSP的控制字。其控制字格式如表1所列。

2 TMS320F2812的McBSP口介紹
TMS320F2812是32位的定點DSP，主頻可達(dá)150MHz，是目前用于測控系統(tǒng)、電機(jī)控制等領(lǐng)域中的熱點產(chǎn)品。芯片資源非常豐富，可簡化外圍電路沒計。串行通信模塊包括兩個SCI口、一個SPI口、CAN總線和多通道緩沖串口McBSP，能滿足多種串行通信模式的需要。它有6條信號線：其中3條用于發(fā)送數(shù)據(jù)，分別為發(fā)送數(shù)據(jù)端MDXA、發(fā)送幀同步端MFSXA和發(fā)送時鐘MCLKXA；另外3條用于接收數(shù)據(jù)，分別是接收數(shù)據(jù)端MD RA、接收幀同步端MFSRA和接收時鐘MCLKRA。它能與多種串行接口器件直接通信，工作方式非常靈活，但同時也造成了端口配置復(fù)雜。McBSP有38個寄存器，這些寄存器可分為4類：數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器、多通道寄存器和FIFO寄存器。

3 采樣系統(tǒng)的硬件設(shè)計
為獲得合適的采集的交流信號，三相電壓、電流先分別經(jīng)過電壓互感器TV、電流互感器TA的變換、電阻采樣和電容濾波變換，然后以差分方式輸入A／D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換。TMS320F2812有6條信號線。其中3條用于發(fā)送數(shù)據(jù)，它們是發(fā)送數(shù)據(jù)段MDXA、發(fā)送幀同步端MFS XA、發(fā)送時鐘MCLKXA。另外3條是接收數(shù)據(jù)端。它們是接收數(shù)據(jù)段MDRA、接收幀同步端MFSRA和接收時鐘MCLKRA。AD73360和TMS320F2812的硬件接口電路如圖1所示。圖中將4個幀同步信號連接成幀同步返同環(huán)方式。輸出幀同步信號SDOFS發(fā)送到TMS320F2812的輸入幀同步信號FSR，TMS320F2812的發(fā)送幀同步信號FSX輸出到自身的接收幀同步信號SDIFS，同時連接SDIFS和SDOFS，使其保持同步；AD73360的數(shù)據(jù)輸入信號SDI和輸出信號SDO分別與TMS320F2812的數(shù)據(jù)發(fā)送信號MDXA和數(shù)據(jù)接收信號MDRA相連；TMS320F2812的發(fā)送時鐘信號MCLKXA與接收時鐘信號MCLKRA都取自AD73360的時鐘輸出信號SCLK；鎖相環(huán)輸出的倍頻信號AD_SE直接觸發(fā)AD73360的激活信號SE，從而實現(xiàn)同步鎖相采集。