基于DSP和LTC1859的16位高精度數據采集系統

　現在很多測控制系統為了提高抗干擾的能力，傳感器輸出信號多為 3線制的差分信號，如航空舵機的控制系統，通常采用的方法是把差分信號通過復雜電路處理再進行數據采集，這樣不僅增加了硬件成本，還降低系統精度。本系統設計的基于DSP和 LTC1859的16位高精度數據采集系統 ，不僅可以實現多路的單信號輸入 ，還可以實現多路差分信號的輸入，對輸入的信號的范圍可以通過軟件滿足不同的要求，真正實現差分輸入抑制共模噪聲。
　　LTC1859是凌力爾特公司最新推出的一款高性能的 8通道、 16位、100ksps的 AD轉換器，每個通道可通過軟件實現0~5V，0~10V，0~±5V，0~±10V的不同范圍的輸入電壓，同時還可以實現單輸入和差分信號輸入的選擇，可承受至±25V的故障保護。LTC1859的多路復用器可以配置為接受 4個差分輸入、 8個單端輸入、或差分與單端輸入的組合。該器件提供了卓越的DC性能，具有在整個溫度范圍內的 15位無漏失碼和±3 LSBMAXINL。LTC1859具有較好的失調、滿標度增益和通道至通道匹配。適用于多通道高分辨率應用，如儀表、數據采集系統和工業過程控制。它與CPU之間采用的 SPI總線通信。LTC1859用單 5V電源工作，同時僅消耗 40mW功率。LTC1859還具有溫度系數為 ±10ppm/oC的2.5V內部基準，如果需要較高的準確度，還可以從外部驅動。對于那些對功耗敏感的應用，LTC1859提供了兩種斷電模式，在基準仍保持運行狀態時功耗降至 27.5mW（打盹模式），或基準完全斷電時功耗降至40uW（休眠模式）。LTC1857和 LTC1858分別是引腳兼容的 12位和 14位器件。本系統的 CPU為 TI公司的TMS320C2407A，主頻可達 40MHZ，它有標準的 SPI總線，豐富的外設，非常適合與 LTC1859構成高精度的數據采集系統和控制系統的。
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　　本系統設計了由 2塊 LTC1859構成 8通道的差分信號輸入，也可以實現 16通道的單路信號輸入，或者它們之間的組合，詳細電路如圖1。本電路具有通用性，在實際應用中性能穩定，效果很好。下面針對 LTC1859芯片引腳對對電路進行詳細分析。
　　CH0~CH7是8路模擬輸入通道，在本系統中構成了4路差分輸入信號，每路差分輸入信號接3000P的濾波電容去干擾。
　　MUXOUT+、MUXOUT-為模擬復用器的正負輸出，把它們連在ADC+、ADC-上進行正常操作。 Vref為2.5V的基準電壓輸出。
　　ODD為數字輸出緩沖器的電源，這樣使SPI總線上的數字信號的電壓等于 ODD的接入電壓，本系統采用的
　　DSP2407，它對輸入的數字信號要求為3.3V，所以這里接的 3.3V電壓，就不需要另加電平轉換電路。
　　BUSY為輸出轉換器的狀態，當正在轉換中為低，轉換結束變高，連在 DSP的I/O口上， SDO為SPI總線的串行數據輸出，接在DSP的SPISOMI引腳上，SDI為SPI總線的串行數據輸如，接在DSP的SPISIMO引腳上，SCK為SPI總線的時鐘，接在DSP的SPICLK上。RD為引腳SDO數字輸出的能使信號，當 RD為低能使輸出，當RD為高SDO為高阻抗，該引腳接在 DSP的I/O口上，由于 LTC1859沒有片選信號，為了讓多片 LTC1859在總線上不發生沖突，把要工作的LTC1859的RD置為低，把要沒工作的LTC1859的RD置為高。CONVST為啟動轉換引腳。其它引腳分別接電源、數字地、模擬地，就不再詳細介紹。
　　
　　圖 1 硬件系統圖 Fig1 Hardware system configuration
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　　由于采用標準 SPI總線通信，軟件的關鍵是 DSP和 LTC1859之間的時序匹配，首先介紹 LTC1859軟件配置。