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1 引言 隨著計算機應(yīng)用的廣泛和深入，技術(shù)上對連接數(shù)字世界和物理世界的橋梁—A／D變換器，即模擬前端提出了越來越高的要求。特別是單片式DSP（Digital Signal Processor—數(shù)字信號處理器）在控制領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，更是要求有簡潔高效的A／D變換器與之相配套。美國AD公司于不久前推出的AD73360型 A／D變換器就是符合這樣要求的模擬前端芯片。 AD73360具有六個模擬量輸入通道，每個通道可以輸出長度為十六位的數(shù)字量。這六個通道可同時采樣，并且無須CPU干預(yù)，從而有效地減少了由于采樣時間不同而產(chǎn)生的相位誤差。各個通道的采樣速率可以方便地利用控制字在8kHz、16kHz、32kHz和64kHz中進(jìn)行設(shè)定。每個通道可以允許從直流到 4kHz的模擬信號通過。由于各個通道都有內(nèi)置的反混迭濾波器，所以對其輸入端反混迭濾波器的要求大為降低，而僅需要簡單的一階RC濾波器即可。 AD73360在級聯(lián)使用時，最多可將八個級聯(lián)在一起。因此，模擬量輸入通道的最大數(shù)目可方便地擴(kuò)展到四十八路。這給模擬量輸入通道數(shù)目的擴(kuò)展工作帶來了極大的方便。 AD73360使用六線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同步串行接口與CPU接口。由于接口信號線的數(shù)目只有六條，所以這樣不僅節(jié)約了印制板的面積，而且也有效地減小了電磁干擾，從而使得系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。由于現(xiàn)代的單片式DSP（例如TMS320F206）都支持六線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同步串行接口，所以AD73360與DSP連接組成的測控系統(tǒng)極其簡潔高效。 AD73360特別適合于要求同時采樣的工業(yè)控制應(yīng)用。它不僅適合于大信號應(yīng)用，也適合于小信號應(yīng)用。由于AD73360有內(nèi)置的程控可變增益放大器，所以對小信號應(yīng)用尤其簡潔高效。 由于單片AD73360具有六個同時采樣的模擬量輸入通道，所以特別適合于三相制電力運行參數(shù)測控類應(yīng)用（三個相電壓和三個相電流同時采樣）系統(tǒng)。本文的應(yīng)用實例就是筆者已設(shè)計成功的三相制電力運行參數(shù)測控應(yīng)用系統(tǒng)的實例。 2 引腳功能 AD73360有兩種封裝形式，一種是R－28，另一種是SU－44。通常R－28封裝的AD73360比較常見，所以此處以R－28封裝為例介紹其引腳定義。R－28為28腳表面貼裝式封裝，其引腳號碼、各引腳上的信號名稱及其性質(zhì)如表1所列。 AD73360的電源和地線共占用六條引腳：其AVDD1和AVDD2為模擬電源，AGND1和AGND2為模擬地。DVDD為數(shù)字電源，DGND為數(shù)字地。其中，模擬電源和數(shù)字電源既可為5V，也可為3．3V。 模擬量輸入共占用十二條引腳，其中六條正輸入端標(biāo)記為VINP1～VINP6，六條負(fù)輸入端標(biāo)記為VINN1～6。 REFOUT是帶緩沖的基準(zhǔn)電源輸出端。使用5V電源時，其額定值為2．5V；使用3．3V電源時，其額定值為1．25V。 REFCAP為片上基準(zhǔn)電源的濾波電容器接入端。要求電容容量為0．1μF，并應(yīng)跨接在此引腳與AGND2引腳之間。 MCLK是主時鐘輸入端。MCLK信號由外接的16．384MHz石英晶體振蕩器來驅(qū)動，當(dāng)MCLK進(jìn)入AD73360之后，首先被分頻生成DMCLK（稱之為內(nèi)部主時鐘），然后再將DMCLK分頻生成SCLK。 SCLK是串行時鐘輸出端。可作為AD73360的輸出來傳送到DSP同步串行接口的時鐘輸入，同時可用來控制二者之間的信息傳送速率。 SDO是AD73360的串行數(shù)據(jù)輸出端。此引腳上的數(shù)據(jù)輸出同步于SCLK的正沿。最高有效位（MSB）在先，最低有效位（LSB）在后。當(dāng)SE處于低電平時，無數(shù)據(jù)輸出，為三態(tài)。 SDOFS是AD73360的幀同步輸出端。高電平有效，其寬度為一個SCLK周期，該輸出同步于SCLK正沿，并出現(xiàn)在每個輸出字的最高有效位（MSB）之前。當(dāng)SE處于低電平時，為三態(tài)。 SDI是AD73360的串行數(shù)據(jù)輸入端。來自DSP的控制字經(jīng)此引腳進(jìn)入AD73360。此引腳上的數(shù)據(jù)輸入同步于SCLK的負(fù)沿。最高有效位（MSB）在先，最低有效位（LSB）在后。當(dāng)SE處于低電平時，此引腳無效。 SDIFS是AD73360的幀同步輸入端。高電平有效，其寬度為一個SCLK周期，同步于SCLK的負(fù)沿。出現(xiàn)于每個輸入字的最高有效位（MSB）之前。當(dāng)SE處于低電平時，此引腳無效。 RESET是AD73360的硬件復(fù)位輸入端。低電平有效，可復(fù)位AD73360內(nèi)部的所有電路，包括八個控制寄存器（CRA、CRB、CRC、CRE、CRD、CRE、CRF、CRG、CRH）和數(shù)字電路。 SE 是同步串行接口（SPORT）開放輸入端。此引腳上的信號由DSP控制其為高電平或低電平。當(dāng)SE為高電平時，AD73360正常工作；當(dāng)SE為低電平時，AD73360被禁止，此時所有的輸出信號都進(jìn)入三態(tài)，所有的輸入信號都不起作用，同時AD73360將進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。 3 應(yīng)用電路 3.1 模擬輸入通道的電路設(shè)計 對于AD73360的六個模擬輸入通道來說，每一個都既可以配置成單端輸入，也可以配置成差動輸入。對于電力運行參數(shù)監(jiān)控應(yīng)用來說，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，通常使用差動輸入。因為物理電力系統(tǒng)的工作頻率為50Hz，因此，可以把50Hz的交流信號直接耦合到AD73360的模擬輸入端。具體電路如圖1所示。圖中，REFOUT為AD73360所產(chǎn)生的基準(zhǔn)輸出，用來偏置模擬輸入端的電平，可根據(jù)需要配置為1．5V或2．5V。C1和C2為50Hz 交流耦合電容器，其值可取0．1μF或更大。R1和C3、R2和C4共同構(gòu)成一階低通濾波器，主要起反混迭的作用。因為AD73360采用的是Σ－ ΔA／D轉(zhuǎn)換原理，具有優(yōu)良的內(nèi)置反混迭性能，所以不需要在模擬通道上再配置高階低通濾波器，而只用簡單的一階RC低通濾波器就足夠了。R3和R4的作用是把偏置電平引導(dǎo)到模擬輸入端。 3. 2 與DSP的接口電路設(shè)計 由于AD73360和TMS320F206型DSP都支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的六線同步串行接口。所以二者之間的接口電路非常簡單。圖2是該接口的邏輯電路原理圖。圖中的四個幀同步信號連接成幀同步返回環(huán)方式，即讓AD73360的輸出幀同步信號SDOFS輸出到AD73360的輸入幀同步信號SDIFS，而讓 TMS320F206的發(fā)送幀同步信號FSX輸出到接收幀同步信號FSR。這樣，無論是發(fā)送幀同步信號還是接收幀同步信號，都被強制與SDOFS保持同步。AD73360的數(shù)據(jù)輸入信號SDI和數(shù)據(jù)輸出信號SDO分別與TMS320F206的數(shù)據(jù)發(fā)送信號DX和數(shù)據(jù)接收信號DR相連。TMS320F206的發(fā)送時鐘信號與CLKX的接收時鐘信號CLKR都取自AD73360的時鐘輸出信號SCLK。TMS320F206的標(biāo)志輸出信號XF連接到AD73360的復(fù)位信號和激活信號SE。 與并行接口相比，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的六線同步串行接口的信號線的數(shù)目大為減少。這樣，不僅減少了印制板面積占用，而且也大大減少了電磁干擾，從而更加有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。因此，在保證滿足系統(tǒng)工作速度的前提下，變并行接口為串行接口已成為當(dāng)今接口技術(shù)的發(fā)展方向。 4 程序設(shè)計 AD73360在程序數(shù)據(jù)模式下工作時，首先進(jìn)入程序方式并向AD73360寫控制字，然后再切換到數(shù)據(jù)方式。在從AD73360讀數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)將不再切換回程序方式。而在混合模式下，系統(tǒng)總是在程序方式和數(shù)據(jù)方式之間不斷地切換工作，以達(dá)到在從AD73360讀數(shù)據(jù)期間改變其配置的目的。 AD73360內(nèi)部共有八個控制寄存器，分別是CRA～CRH，他們所占用的地址為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。在系統(tǒng)中僅接入一個AD73360的情況下，可按下列程序段來寫控制字到AD73360的各個控制寄存器： 將7fffh寫入AD73360后，就可以開始讀數(shù)據(jù)了。 5 結(jié)束語 以本文所介紹的原理為基礎(chǔ)，筆者設(shè)計了由TMS320F206 DSP和一片AD73360所組成的電力變壓器運行參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)實際測試，其電壓有效值、電流有效值和功率因數(shù)等主要參數(shù)均達(dá)到了0．5％。如果進(jìn)一步采取一些技術(shù)措施，那么，達(dá)到0．3％也是有可能的。 由于本系統(tǒng)是在FFT算法的基礎(chǔ)上完成各項參數(shù)的計算，因此，可以很容易地實現(xiàn)實時諧波分析功能，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和所能達(dá)到的精確度均優(yōu)于傳統(tǒng)的以微控制器為核心所構(gòu)成的系統(tǒng)。 [table][/table] |
