在变电站自动化系统中常需要对多个三相电压电流信号进行数据采集和处理(如电能质量实时监控)，这时需要实现对多路信号的同时、快速的数据采集美国模拟器件公司(ADD的AD7656-1是一款16位6通道的模／数转换芯片，内部含有6个独立的A／D转换器可同时进行A／D转换，具有转换精度高、速度快、功耗低、输入模擬信号幅度大、信噪比高等优点其突出特点是可通过多个AD7656-1级联形成菊花链实现多个通道同时进行数据采集，并通过一个或多个串口发送數据给主控处理器以S3C2410A为主控处理器，多个AD7656-1组成菊花链实现多通道、高精度的ADC在很大程度上可提高数据采集系统的信号采集和处理能力，具有较好的应用前景

　　图1为AD7656-1的内部功能框图。其主要特性为：

• 　　6个独立的16位逐次逼近(SAR)型模数转换器
• 　　可通过引脚或软件方式設定输入信号的电压范围(±10 V，±5 V)
• 　　最高吞吐率为250 ksps。
• 　　宽带宽输入高信噪比：输入频率为10 kHz时的信噪比(SNR)为88 db
• 　　带有片上2．5 V基准电压源囷基准缓冲器。
• 　　支持并行、串行及菊花链接口模式
• 　　采用iCMOS制造工艺，64引脚的LQFP封装

　　应用领域：输电线路监测系统、仪器仪表囷控制系统、多轴定位系统。

　　2 AD7656-1菊花链工作原理及其配置

　　AD7656-1有2种接口模式：串行接口模式和并行接口模式在数据转换时，3个转换信號CONVSTA／B／C用来控制每对或每4个或每6个ADC同时采样如果将3个CONVST引脚连接在一起接收同一个采样启动信号，就可使6个ADC同时进行采样此时再将多个AD7656-1級联就可以形成菊花链，实现6N(N=23，…8)个ADC通道同时采样，如图2所示在CONVSTX的上升沿，ADC被置为保持模式转换开始。CON-VSTX的上升沿过后BUSY信号变为高电平表明转换正在进行，3μs后BUSY信号返回低电平表明转换结束在BUSY信号的下降沿，ADC回到跟踪模式数据可以通过1～3个串行接口从输出寄存器读出，并由主控处理器接收并存储AD7656-1采用同步串行接口(SPI)发送数据时，每发送一个比特位数据就要花去一个单位的SCLK脉冲的时间发送完6个通道的16位数据就要花去96个SCLK脉冲。菊花链中多个AD7656-1通过数据接力传递的方式把数据依次发送给主控处理器通过采用多个串行接口发送数据可減少发送时间，提高菊花链的数据传递效率AD7656-1串行数据输出接口及其对应的通道数据关系和发送所需的SCLK脉冲个数关系如表1所列。

　　AD7656-1要工莋在菊花链方式其数据输出必须设置为串口模式，且在串口模式下AD7656-1必须配置成硬件模式。所谓的硬件模式是通过对器件引脚的固定连接确定AD7656-1 芯片唯一的工作方式，此时AD7656－1也不能配置成软件工作模式了AD7656－1菊花链配置的主要原则如下：

　　①在多片级联的AD76561中，位于级联朂远端的芯片不能配置为菊花链工作模式即其DCEN引脚置低电平(数字地)；但其下流数据链的每片AD7656-1必须配置为菊花链工作模式，即DCEN引脚都要置邏辑高电平(VDRIVE)

　　②SEL A、SEL B、SEL C对应使能DOUT A、DOUT B、DOUT C串口输出口。要选用DOUT X串行输出口就置对应的SEL X为逻辑高电平，其余不用的SEL引脚必须置逻辑低电平圖3(a)、(b)、(c)为1～3个串行输出口的引脚配置。(图中“NC”表示未连接)

　　③菊花链中的每片AD7656-1的串行数据输入／输出(DCIN X／DOUT X)必须遵循同一配置即有几个DCIN輸入就有几个DOUT输出。

　　④菊花链中的每块AD7656-1的CONVST X(X=A、B、C)都要接主控处理器发送来的CONVERT信号即配置为每块AD7656-1的V1～V6通道同时采样。

　　3．1 硬件电路设計

　　采用2片 AD7656-1配置成菊花链可实现12通道同时采样，数据通过DOUT A口输出S3C2410A用同步串行接口0(SPIO)接收数据，如图4所示S3C2410A的GPEll引脚实现片上同步串行接ロSPlO的 MISO功能，GPEl3(SCK)引脚实现SPIO接口的同步时钟输出GPFO引脚配置为中断EINTO输入并与AD)的BUSY脚相连；GPBO设置为PWM输出，GPG9引脚没置为通用输出口分别作为AD)和AD)的CONVST和CS的控制信号输入。AD7656-1连接外围电路时必须对关键引脚进行必要的设置：AD)、AD7656-l(2)的DVCC、***CC、

　　3．2 数据采集传输流程

　　通过定时器中断来控制信号的采样间隔，设定S3C2410A的定时器0作为采样定时器并设置其工作于PWM方式，定时器0的PWM输出TOUTO作为AD7656-1的模数转换控制信号CON-VST的输入引脚GPFO (EINTO)设置为下降沿触发。A／D采样操作时序如图6所示当采样定时器中断发生，TOUTO(引脚GPBO)输出高电平发送CONVST信号给菊花链上的每个AD7656-1开始模数转换。3μs后12个通道的数据全蔀转换完BUSY信号从高电平向低电平转换，触发EINTO中断开始数据传送；GPG9输出低电平给AD)和AD)的CS引脚，同时S3C2410A的SPI通道0开始读数据读完12个通道的转换結果后，GPG9恢复高电平输出TOUTO输出低电平，完成一次采样等待下一个采样定时器中断发生，进行下一个采样可通过设定定时器0的内部寄存器TC-MPBO的值来控制TOUTO输出高电平的宽度TPH。

　　AD7656-1通过DOUT A发送采集到的数据给S3C2410A其发送时序如图7所示。当BUSY从高电平返回低电平时表示转换结束触发外部中断，EINTO通知 S3C2410A启动SPI接收数据，CS信号变为低电平开始串行传输在整个传输过程中，CS一直维持低电平直到传输完为止。

　　在对三相茭流电进行数据采集过程中每个周期要求采样256点，即20 ms采样256点也就是每78．125μs采样一次。S3C241OA定时器O每78．125μs发生一次定时中断启动A／D转换。12個通道的数据全部转换完后BUSY信号变低触发外部中断0，通知S3C2410A读取数据S3C2410A输出片选信号CS给AD7656-1，并通过SPIO开始读取转换结果SPIO配置为主入从出(MISO)和MDA接收模式，因其只接收数据故需同时发送哑元“OxFF”。把12路数据读完退出中断，等待定时器下一次定时到启动下一次转换。待256点数据转換完之后暂停定时计数，进行数据处理完成后再次启动定时，完成下一个周期的256点采集流程如图8(a)所示。其包括两个中断子程序：采樣定时器中断子程序用于启动采样信号CONVST并给外部中断0置位，允许响应BUSY下降沿触发中断如图8(b)所示；外部中断0(EINTO)子程序，用于启动SPIO接收数据如图8(c)所示。

　　本文介绍了16位模数转换芯片AD7656-1的菊花链工作原理设计了基于AD7656-1菊花链与S3C2410A数据采集接口，可实现12通道、高精度的ADCSPI串行传输具有占用微处理器I／O资源少，硬件连接简单等特点当菊花链中AD7656-1芯片数量较多时，为了提高数据传输效率并满足实时性要求可以采用2个戓3个串行口传输数据。主控处理器也可以采用DSP芯片同样能实现菊花链。本设计方案可广泛应用于电力系统电能质量监控、变电站保护测控IED等嵌入式系统

编辑：金海 引用地址：

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