TMS320F2812的多通道高速同步交流采樣設計

摘要：在電力運行參數測控類應用系統中，采用AD73360型A／D轉換器采集多路電壓和電流信號，使用TMS320F2812實現了高速同步采樣及電力參數在時域的計算；給出AD73360和TMS320F2812的硬件接口電路；采樣系統采用C語言編程，給出了主程序、多通道緩沖串行接口初始化過程等的流程圖；論述了采樣接收中斷、時域采樣數據處理等技術。通過測試驗證了設計方案的適用性和正確性。
關鍵詞：AD73360；TMS320F2812；同步采樣；電力參數；交流采樣

引言
多通道數據采集系統一般是在一塊印刷電路板上集成了模擬多路開關、程控放大器、采樣／保持器、A／D轉換器等器件。這類系統雖然可以采集多路模擬信號，但其實只有一路A／D轉換器。為了能夠采集多路模擬信號，本文采用美國ADI公司的AD73360型A／D轉換器及TI公司推出的2000系列DSP TMS320F2812，很好地實現了高速同步采樣。AD73360使用6線工業標準同步串行接口與CPU接口，TMS320F2812支持6線工業標準同步串行接口，所以AD73360與DSP經過簡潔的連接后即可實現高速同步交流采樣。另外，由于AD73360具有6個同時采樣的模擬量輸入通道，所以特別適合三相制電力運行參數測控類應用系統。

1 AD73360介紹
AD73360是ADI公司推出的6通道模擬輸入前端的可編程處理器。由于采用調制型A／D轉換原理，具有良好的內置抗混疊性能，所以對模擬前端濾波器的要求不高。每個A／D轉換通道由程控放大器、高速采集的A／D調制器、抽去數字濾波器組成。放大器增益、采樣率、抗混疊數字濾波器的截止頻率均可編程設置。每個通道可以允許直流頻率為4 kHz的模擬信號通過，且能提供77 dB的信噪比。由丁其采樣率和輸入信號增益都是可編程的，當輸入時鐘頻率為16．384 MHz時，采樣頻率可分別設置為64 kHz、32 kHz、16 kHz、8 kHz。增益可在0～38 dB
之間選擇，因而它既適合大信號的應用，也適合小信號的應用。

AD73360內部共有8個控制寄存器，分別是CRA～CRH，它們所占用的地址為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。其控制字格式如表1所列。

2 TMS320F2812的McBSP口介紹
TMS320F2812是32位的定點DSP，主頻可達150MHz，是目前用于測控系統、電機控制等領域中的熱點產品。芯片資源非常豐富，可簡化外圍電路沒計。串行通信模塊包括兩個SCI口、一個SPI口、CAN總線和多通道緩沖串口McBSP，能滿足多種串行通信模式的需要。它有6條信號線：其中3條用于發送數據，分別為發送數據端MDXA、發送幀同步端MFSXA和發送時鐘MCLKXA；另外3條用于接收數據，分別是接收數據端MD RA、接收幀同步端MFSRA和接收時鐘MCLKRA。它能與多種串行接口器件直接通信，工作方式非常靈活，但同時也造成了端口配置復雜。McBSP有38個寄存器，這些寄存器可分為4類：數據寄存器、控制寄存器、多通道寄存器和FIFO寄存器。

3 采樣系統的硬件設計
為獲得合適的采集的交流信號，三相電壓、電流先分別經過電壓互感器TV、電流互感器TA的變換、電阻采樣和電容濾波變換，然后以差分方式輸入A／D轉換芯片內進行采樣轉換。TMS320F2812有6條信號線。其中3條用于發送數據，它們是發送數據段MDXA、發送幀同步端MFS XA、發送時鐘MCLKXA。另外3條是接收數據端。它們是接收數據段MDRA、接收幀同步端MFSRA和接收時鐘MCLKRA。AD73360和TMS320F2812的硬件接口電路如圖1所示。圖中將4個幀同步信號連接成幀同步返同環方式。輸出幀同步信號SDOFS發送到TMS320F2812的輸入幀同步信號FSR，TMS320F2812的發送幀同步信號FSX輸出到自身的接收幀同步信號SDIFS，同時連接SDIFS和SDOFS，使其保持同步；AD73360的數據輸入信號SDI和輸出信號SDO分別與TMS320F2812的數據發送信號MDXA和數據接收信號MDRA相連；TMS320F2812的發送時鐘信號MCLKXA與接收時鐘信號MCLKRA都取自AD73360的時鐘輸出信號SCLK；鎖相環輸出的倍頻信號AD_SE直接觸發AD73360的激活信號SE，從而實現同步鎖相采集。