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(多图) 高速16位AD7665在基于GPRS远程振动检测中的应用

电子设计工程 孙利民 粱江涛 魏然 张鹏 叶鹏飞?? 2012年02月15日 ?? 收藏0
由于计算机的微型化、网络化、性能价格比的上升和款件功能的日益强大,计算机控制系统几乎可以出现在任何场合:实时控制、监控、数据采集、信息处理、数据库等。

随着计算机技术的迅速发展,现在的振动数据采集主要用微机进行数字化测试分析。振动测试仪器主要为以徽机为核心智能仪器。数字化测试的前撮是将传感器从被测试设备测得的模拟数据转换为数字化数据。因此摸数转换的精度、速度将直接决定数字化测试分析的精度、速度。本文的目的即将一个AD转换芯片应用于振动测试。

AD7665内置一个16位高速采样ADC,扩大了被测设备的振动频率范围。一个电阻器输入标量(允许多种输入范围),既而易于与多种不同的传感器配套使用。一个内部转换时钟、纠错电路,以及串行和并行系统接口,提高了AD转换外围电路设计的灵活性。

该器件具有3种采样模式:极高采样速率模式(Warp模式);快速模式(正常模式),适用于异步转换速率应用;低功耗模式(脉冲模式),适用于低功耗应用,其功耗与吞吐量呈比例关系。3种采样模式使得系统功耗降至最低。

1 基本原理

逐次比较型A/D转换器。就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较,使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。

对图1的电路,在数据采集阶段,它由启动脉冲公式启动后,DAC内部电容阵列梭用作采样电容,并从IN的输入端得到模拟信号。当数据采集完成后,公式的输入变为低电平,此时转换状态被启动。在第1个时钟脉冲作用下,控制逻辑电路使内部时序产生器的最高位置1,其他位置0,其输出经数据寄存器将1 000……0,送入DAC。输入电压首先与DAC输出电压(REF/2)相比较,如IN≥VREF/2,比较器输出为1,若IN

控制逻辑与标准电路

2 关键问题

在AD转换中时序问题直接决定了AD转换的成功与否,因此时序问题将是本文解决的第一个问题。另外由于本文采用的是双极性的输入,因此在AD7665的应用中应该注意输入配置,以及编码问题。

2.1 时序问题

图2为AD转换过程时序图。公式信号控制AD7665转换的开始,一旦转换开始就不能被放弃或重新开始,直到转换完成。而公式信号与/CS和/RD互不干扰。

AD转换过程时序图

公式信号是数字信号,要求有良好的边缘特性。而SNR是一个临界值,公式信号要求有很小的抖动,可采用一个专门的振荡器来产生公式信号,或者采用高频率低抖动的时钟来产生。

在Impulse模式中,可以自动开启转换。当BUSY信号变为低电平而公式信号保持低电平时,AD7665控制数据采集阶段,并自动启动一个新的转换。当公式一直保持低电平时,AD7665将自动保持转换过程。值得注意的是,当BUSY信号变为低电平时,模拟信号被输入。同样,当上电时,公式被置为低电平以开启转换过程。在Impulse模式中,AD7665的转换速度将比570 kSPS高,而这个特征在Warp和Normal模式中所没有的。

2.2 输入配置

AD7665为单(双)极性输入模数转换器,设计者可根据实际需要选择其输入范围。AD7665输入配置如表1所示。

AD7665输入配置

本文采用的输入电压范围为±REF,即INA与REF相连。此时为三通道±REF范围电压的AD转换,输入阻抗为2.56kΩ。

2.3 编码问题

由于AD7665为双极性输入的AD转换。在输入正、负电压时编码方式有所差别。数字输出码与模拟输入关系如表2所示。

数字输出码与模拟输入关系

AD7665自身可直接输出标准二进制码及二进制补码。因此可根据实际情况选择其输出方式。

2.4 GPRS模块与服务器应用程序

GPRS模块采用Siemens公司生产的GPRS/GSM三频无线通讯模块MC55i。MC55i集成了高性能GSM/GPRS基带处理,完整的无线频率电路包括功率放大器及天线接口,内嵌便于连接Internet的可由AT指令驱动的TCP/IP协议栈,大大节省了连接到Internet的时间和花费。

当GPRS模块要向远程服务器发送数据时,首先用ATSICS命令创建一个连接类型参数集,用来决定一个Internet的连接类型;然后以连接类型参数集为基础,用ATSISS命令创建一个服务类型参数集,用指定Intemet服务的类型,也就是Socket,FTP,HTTP,或email服务,SMTP或PO的其中之一;一旦连接参数集和服务参数集被创建,就可以用ATSISO打开一个Internet会话,然后等待一个URC串口数据的返回;会话完成后可以用ATSISR命令进行读数据,和用ATSISW命令进行写数据;最后用ATSISC(以为参数)命令结束Internet会话。

远程服务器在启动服务端程序后,开始等待GPRS终端请求到达该端口,在接收到服务请求后,要激活一个新的控件(或线程)来处理这个GPRS终端请求。服务完成后,关闭此新进程与GPRS终端的通信链路,此时即完成一次GPRS通信。

服务器应用程序主要靠调用API函数Winsock来完成。其过程为:首先用Socket()创建套接字,然后Bind()本地IP和端口与套接字相连,用Listen()设定监听连接数,开始用Accept()等待客户连接,连接成功返回接连序号,再用Recv()、send()根据上面得的序号进行读写操作。读写完成后,用Close()关闭连接,Closesocket()删除套接字,程序结束。


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