[电子电路]LPC1768与AD7656带时标采样系统设计

[电子电路]LPC1768与AD7656带时标采样系统设计[电子电路]LPC1768与AD7656带时标采样系统设计 LPC1768与AD7656带时标采样系统设计 1 监测系统中对被测对象的监测时常需要带时标。过去常外扩实时时钟芯片PCF8563使用I2C接口与控制器相连来获得时间。该设计需要外扩硬件资源并且消耗控制器资源使用效果不佳。恩智浦NXP公司的基于最新ARMv7内核的LPC1768内嵌实时时钟计数器系统掉电仍可继续运行可由自带的电源引脚VBAT供电进行不间断地计时。数模采样模块采用ADI公司的AD7656高精度、高速度、高信噪比、良好的实用性等特点使其成为...

[电子电路]LPC1768与AD7656带时标采样系统设计 LPC1768与AD7656带时标采样系统设计 1 监测系统中对被测对象的监测时常需要带时标。过去常外扩实时时钟芯片PCF8563使用I2C接口与控制器相连来获得时间。该设计需要外扩硬件资源并且消耗控制器资源使用效果不佳。恩智浦NXP公司的基于最新ARMv7内核的LPC1768内嵌实时时钟计数器系统掉电仍可继续运行可由自带的电源引脚VBAT供电进行不间断地计时。数模采样模块采用ADI公司的AD7656高精度、高速度、高信噪比、良好的实用性等特点使其成为模数转换的极佳选择。使用LPC1768为控制核心配合高效的AD7656模数芯片构成采样数据带时标的实时采样系统在工业实时监测系统中有十分广阔的应用前景。 1 硬件设计 11 芯片简介 Correx系列基于ARM公司的架构ARMv7包括Cortex-A应用处理器、Cortex-R实时处理器、Cor-tex-M微控制器三个系列Cortex-M3是面向低成本、小引脚数目以及低功耗应用并且具有极高运算能力和中断响应能力的处理器内核。NXP的LPC1768便是基于Cortex-M3的处理器。如同现在市场上多数控制器LPC1768只内建了1个带8通道的12位的模数转换少数芯片如TMS320F2812带有2个8通道12位的模数转换不能实现对多个监测单元的同时采样并且实际达到的分辨率也只有9位半不能满足现场监测的需要。使用外扩ADIAD7656芯片来实现多路监测采样可广泛应用于输电线路监测系统、仪表和控制系统等。 12 LPCI768芯片电路硬件系统中LPC1768FBD1OO作为主控芯片其主频最高为100 MHz。LPC1768有3种时钟来源 ?osc-clk片外时钟主振荡器输入外部晶振工作在125 MHz。 ?rtc-clk实时时钟频率输入实时时钟本身需要1个外部晶振132768 kHz。 ?irc-clk内部振荡时钟标称频率4 MHz在上电和片上复位时使用irc时钟待软件配置其他时钟输入irc-clk达不到USB接口时间基准精度要求要使用USB功能必须外接更高精度晶振。图1为RTC时钟时域的总体设计框图。使用12MHz的外部晶振通过锁相环倍频后以96MHz运行。RTC时钟输入RTCXl、RTCX2外接32.768 kHz晶振采用独立33 V电池供电Vbat输入端接二极管防止电池反接造成芯片烧毁。芯片采用33 V供电数字和模拟之间用O Ω电阻或者合适值的电感电感值大小和电路设计本身有关隔开。 JTAG仿真口接法如图2所示。 ADI公司的AD7656有多种数据传输方式可供配置相对于LPC1768丰富的串行传输方式和很少的I0数量并行传输要占用16位或8位数据线占用资源太多。使用带有8帧416位可配置FIFO的SSP总线使其运行在SPI模式下。 LPCI768的SSP同步串行控制器占用4个引脚 ?SCK串行时钟线。作为同步时钟信号主机驱动从机接收可配置高、低有效只在传输过程中有效对应引脚为P015或P120SSP0使用PO7或P131SSPl使用。 ?SSEL帧同步从机选择信号。主机在数据传输开始和结束时都会驱动该信号在多个从机情况下可作为片选信号使用对应引脚为P016或P121SSP0使用P06SSP1使用。 ?MISOMaster In Slave Out。当SSPn作为主机时该引脚作为串行数据输入SSPn作为从机时该引脚作为串行数据输出线SSPn是从机且未被SSEL选择时引脚处于高阻态。对应引脚为PO17或Pl23SSP0使用P08SSP1使用。 ?MOSIMaster Out Slave In。SSPn是主机时串行数据从该引脚输出SSPn是从机时该引脚接收主机输入的数据。对应引脚为PO18或P124SSP0使用P09SSPl。 13 AD7656芯片电路 AD7656工作电路如图3所示VDD与VSS是芯片模拟量输入部分的电源使用12 V和-12 V可用电压范围为95165 V的电源供电并使用01μF电容和10μF电解电容与模拟地隔开AVCC与AGND是芯片ADC核心的工作电源使用5 V电源供电两者之间同样要用01 μF电容和10μF电解电容隔开AVCC与DVCC相差不能大于03 V就算短时间内相差大于O3 V也会出现错误的测量结果VDRIVE引脚是逻辑电源输入可以根据不同的控制芯片或总线电平来接不同的逻辑电平配合LPC1768芯片33 V的电平使用33 V电源并用01μF电容和10 μF电解电容与DGND隔开REFCAPCBA分别用O1 μF电容和10 μF电解电容与模拟地隔开。 RANGE接高电平量程为?2×VREF接低电平量程为?4×VREF选择串行模式下接高电平3.3V接DGND串行数据只使用A口传输SEL-A接高电平33 VSEL-B、SEL-C接DGND不使用菊花链功能将DCIN-C、DCIN-B、DCIN-A引脚接DGND引脚接高电平33 V持续工作在标准模式下接低电平为待机状态CONVST-ABC接LPC1768的MATl1有定时器1的比较器输出翻转电平控制AD转换BUSY引脚在转换开始到结束为高电平接LPC1768的EINT3捕获转换结束下降沿SCLK接LPC1768的SSP0的SCK0引脚选用P120SDATA接LPC1768的SSP0的MISO0引脚选用P123。 2 软件设计在电力系统监测中许多时候要用到三相电压电流采样并对每个周期取128个采样值。使用定时器1产生比较中断使用比较中断的引脚翻转功能比较值为20 ms128×2即实际采样周期为2×20 ms128×220ms128。当比较输出翻转至高电平时CONVST-ABC 置高开始采样同时BUSY引脚电平置高转换结束BUSY引脚置低EINT3设置下降沿中断捕获其下降沿进入中断中断服务程序读取RTC值和打开SSP0读取ADC值程序流程如图4所示。 21 RTC实时时钟程序 LPC1768 RTC拥有秒、分、小时、日期值周期为月、值131、星期值、日期值周期为年、值1365、月值、年值寄存器对每个寄存器设置需要的值。RTC中断分为2种——计数器增量中断CIIR和报警中断。计数器增量中断RTC中8个寄存器使能任意一个时间值的中断秒中断、分中断等那么该时间值计数器每增加1次就产生1次中断报警中断使能8个寄存器的任意一个或者几个计数中断使能当所有未屏蔽寄存器的值与当前时间寄存器的值匹配时产生中断。 RTC功能模块框图如图5所示。下面是秒增量中断的例子。 22 AD7656与LPC1768 SSPO通信程序配置LPC1768 SSP0为SPI模式每帧传输16位数据自动接收6帧数据。程序如下本文介绍了基于ARM Cortex-M3的芯片LPC1768FBl00和16位AD芯片AD7656的工作原理设计了基于AD7656与LPC1768串行通信的采样系统实现对采样数据带上时标的设计对监控系统获得实时状态提供了可行方案。本系统可广泛应用于电力系统在线监测。由于工业现场的应用环境该系统在精度和稳定性方面有待于提高。

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