基于TLC5540的高速數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)

摘要：介紹TLC5540芯片的引腳排列及特點(diǎn)，提出一種利用TLC5540設(shè)計(jì)高速數(shù)據(jù)采集卡的方法。采樣時(shí)序和存儲時(shí)序的巧妙控制是本文的重點(diǎn)。采集卡的采樣速率和存儲速率可以達(dá)到40MHz。

    關(guān)鍵詞：TLC5540 高速數(shù)據(jù)采集 時(shí)序 控制

在高速數(shù)據(jù)采集卡中，核心部分是高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器。隨著制造ADC的技術(shù)不斷技術(shù)，美國的TI公司和ADI公司都開發(fā)出采樣速度在100Msps，但價(jià)位低廉的器件。本設(shè)計(jì)采用TI公司的TLC5540，其特點(diǎn)是：

*8位分辨率；

*最高轉(zhuǎn)換速率達(dá)40Msps；

*內(nèi)部采樣和保持功能；

*模擬輸入帶寬≥75MHz（典型值）；

*內(nèi)部基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生器。

它的引腳排列和功能如圖1所示。

其中OE端是輸出允許端。當(dāng)OE為低電平時(shí)，允許數(shù)據(jù)輸出；反之，D1～D8為高阻狀態(tài)。ANALOG IN為模擬輸入端，CLK為時(shí)鐘輸入端，其它一些引腳為一些地線、電源線、基準(zhǔn)電壓的輸入調(diào)節(jié)端等。整個(gè)芯片的控制非常方便。

在數(shù)據(jù)采集中卡中，它的采樣頻率不僅僅取決于ADC的轉(zhuǎn)換速率。在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采樣頻率可表示如下：

fs=1/(tCONV+tACQ+tAID)

式中，tCONV是A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間，tACQ是采樣保持時(shí)間，tAID是數(shù)據(jù)傳輸與處理等輔助操作時(shí)間。可見，所謂高速，除了要求提高A/D轉(zhuǎn)換的速度外，更重要的是設(shè)法減少tAID的時(shí)間。

設(shè)計(jì)中，在擴(kuò)展板上增加1個(gè)或多個(gè)微控制器，作為前端從機(jī)，主要負(fù)責(zé)采樣過程控制和數(shù)據(jù)存儲時(shí)序的控制。微控制器與主機(jī)之間必須有專用的聯(lián)絡(luò)通道，以便主機(jī)能對從機(jī)實(shí)行控制及主從機(jī)之間的狀態(tài)信息交換。這樣，在高速采樣的過程中，CPU不需要參與，采樣數(shù)據(jù)存儲完全由外部電路自動進(jìn)行。在采樣期間，CPU可以做自己的數(shù)據(jù)處理和其它工作。采樣結(jié)束后，再由CPU讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理。完成后，又繼續(xù)采樣。數(shù)據(jù)采樣與處理是交替進(jìn)行的，即所謂的“間隙式采樣方式”。當(dāng)然，這是針對高速數(shù)據(jù)采樣時(shí)采用的方法。在慢速采樣時(shí)，可以完全由主機(jī)自行采樣，實(shí)現(xiàn)邊采樣、邊讀數(shù)、邊處理的真正同步方式。

整個(gè)硬件電路的設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

在本設(shè)計(jì)中采用AT89C51作為高速數(shù)據(jù)采集卡的控制核心。它的主要功能是：

①使用P1口與主機(jī)通信，接收PC機(jī)的命令及數(shù)據(jù)并糾錯(cuò)、解釋、存儲、執(zhí)行；

②送出MCU當(dāng)前狀態(tài)信息，以便主機(jī)查詢；

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