电竞平台电竞平台采集精度高、速度快

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  在某综合控制计算机系统中为了实现对多路AD信号实时高精度采集,采用了以的设计、PCB设计中应注意的问题和软件设计实现流程。通过系统联试等多方验证,该设计方案实时性强,精度高,满足某综合控制计算机系统的性能指标要求。

  为实现对某综合控制计算机对整个综合控制系统工作状态的实时状态监控以及故障检测,在设计中考虑到综合控制系统对监测信号精度和实时性要求较高,模拟量采集模块设计中采用了AD7656作为模/数转换芯片,该芯片支持6路通道,可同步进行模数转换,A/D转换输出可达到16位。数据处理和控制采用TI公司的TMS320C6000系列的高速32位浮点DSP芯片TMS320C6713B,该芯片通过EMIF总线B主要特点

  TMS320C6713是美国德州仪器公司(TI)推出的一款浮点32位DSP芯片,基于高性能、先进的VelociTI超长指令字体系结构,该芯片的内部结构包括如下特点:

  (2)具有8个功能单元的高级VLIW体系结构CPU,集成2个乘法器和6个ALU,指令打包减少代码数量;

  AD7656是美国模拟器件公司(ADI)公司推出的一款采用iCMOS工艺制造的高集成度、6通道16位SAR型ADC,该器件具有4LSB(INL),每通道达250kSPS的采样速率,内置一个2.5V内部基准电压源和基准缓冲器。该芯片功耗仅为160mW。AD7656特点如下:1)供电电源电压:5V,15V;2)可通过配置选择模拟量输入电压范围-10V~10V或-5V~5V;3)片内集成2.5V基准电压源和基准缓冲器;4)通道可同步采样,采样速率可达250kSPS;5)支持并行和高速串行接口访问。

  AD7656的内部结构见图1所示,AD7656内置时钟电路,电竞平台电竞平台外部模拟量信号从VI引脚输入,经过一个高带宽的线性跟随器(T/H)单元进行采样,保证满量程的输入正弦波时转换精度达到16位。AD7656处理的最高频率为8MHz;经过AD7656中心单元16位SAR转换,将模拟信号转换为数字信号,通过控制逻辑单元,将数字信号输出驱动。

  AD7656的模拟信号输入采取了单端输入方式,输入信号的电平范围为两种10V和5V,可通过两种方式选择输入信号电平范围,硬件上通过RANGE管脚设置,软件上通过配置控制寄存器的RNGX位来选择。

  AD7656的转换后输出的数据格式见图2所示,分辨率与输入信号的范围设置有关,具体分辨率值见表1所示。

  由于在综合控制计算机采集的信号源与AD7656要求的输入信号不匹配,所以对信号源的信号进行前端调理电路调整,在AD7656前端调理电路设计主要考虑了如下因素:

  (2)减小容性负载的影响。AD7656输入端具有容性负载特性,通常需要一个电阻和电容组成外部补偿电路,采用该电路给信号源增加了容性负载。

  AD7656与TMS320C6713B接口电路采取并行接口设计。在电路设计时将AD7656的“SER/PAR”管脚设置为并行接口方式,“W/B”管脚设置为字方式,“H/S SEL”管脚设置为硬件启动转换方式。TMS320C6713B通过外部存储器接口(EMIF)总线转换,读取转换结果数据,接口电路结构图见图4所示。

  TMS320C6713B通过CPLD实现对AD7656控制逻辑译码,来满足AD7656的访问时信号的逻辑要求,AD7656访问时序图见图5所示。

  AD7656包括6通道ADC转换,可实现6通道ADC同步转换,减少了多路ADC转换采样时间。在CPLD逻辑设计中采用同时控制“CONVSTA”

  “CONVSTB”“CONVSTC”管脚输出有效完成6通道ADC通道同步转换。

  根据图5所示AD76565通过“CONVSTA,B,C”信号的上升沿启动ADC转换,ADC转换过程中,“BUSY”信号为逻辑“高”标识,ADC正在转换过程中,ADC转换时钟由内部时钟产生,从“CONVSTA,B,C”信号的上升沿启动转换3 s后ADC转换结束,“BUSY”信号为逻辑“低”表示ADC转换结束。TMS320C6713B通过EMIF总线接口完成对转换结果的读取。对AD7656芯片转换结果读取,通过“CS”片选信号和“RD”读信号控制,6个通道转换结束后,TMS320C6713B控制“CS”为有效和6个“RD”读有效信号,完成对模拟量输入“V1”信号、“V2”信号、“V3”信号、“V4”信号、“V5”信号、“V6”信号转换结果的读取。

  由于AD7656转换的精度与参考电压基准电压的精度有很大关系,参考电压基准输出电压值用来确定数据转换系统的满量程输入范围,同时参考电压基准电压的任何误差都会严重影响ADC的线性和无杂散动态范围。

  在高速AD采集电路的设计中,达到高精度与PCB设计是密不可分的,所以进行PCB设计过程中,按照电路实现的功能可以简单地划分为数字电路和模拟电路两部分,将数字区域与模拟区域进行分割,形成每个区域的独立电源和地,这样可以有效抑制干涉的传导和RF能量的辐射。

  在本系统中模拟地和数字地采用一个电势参考点,所以模拟地和数字地采用单点共地,电竞平台电竞平台共地点尽可能地靠近AD7656。

  TI公司提供良好的C/C++编译器,在TMS320C6713B软件开放过程中支持C/C++语言设计。并且提供的良好的库函数(DSPLIB),支持TMS3 20C6713B的数学运算和矢量运行。

  采集软件设计采用了模块化设计,主要包括初始化函数、AD7656转换启动函数和AD7656转换结果读取函数。

  初始化函数实现对TMS320C6713B系统时钟、EMIF总线时钟配置,EMIF总线接口访问时序的配置。通过该初始化函数配置,配置CS(片选)RD读信号相对时序关系,满足AD7656访问时序关系。

  针对要求高精度、多路信号监测和实时采集,本设计选用了AD7656和TMS320C6713B相结合作为某控制系统工作状态实时监控以及故障检测系统方案,本设计接口电路设计简单,采集精度高、速度快,可同时完成对多路信号的采集。系统联试证明,本系统完全满足某控制系统对工作状态监控以及故障检测信号的采集精度和实时性的要求。

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