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24位AD转换器接口的设计与实现
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2 2 24位AD转换器接口的总体设计 2.1 设计要求和芯片选择 电厂实际运用中,考虑到检测要求与成本因素,一般的数据采集仪都是选用 10 位、12 位、16 位的 AD 转换芯片, 精度只达到 0.2 级。 如果想把精度提高到 0.05 级, 以温度为例, 若系统输入信号的动态范围为 0~ 1000 ℃,最小输入分辨率为 0.5℃,同时根据 A/D 转换器线性输入、输出特性,A/D 转换器满量程电压与 所分辨最小电压的比值和相应温度输出比值相等。 系统必须保证最终测量结果具有 16 位的精度。 考虑系统电 源电压漂移、温度漂移等其他因素,因此要求 A/D 转换至少应达到 18-19 位的实际转换精度。 2.1.1 AD 转换器的选择 高精度数据采集核心在于 A/D 转换器的参数指标。面对各种 AD 芯片,如何选择所需要的器件要综合设 计的诸项因素:系统技术指标、成本、功耗、安装等,最主要的依据还是速度和精度。精度:与系统中所测 量控制的信号范围有关,但估算时要考虑到其他因素,转换器位数应该比总精度要求的最低分辨率至少高一 位。通过估算,所选用的芯片精度应该达到 18 位以上。速度:应根据输入信号的最高频率来确定,保证转换 器的转换速率要高于系统要求的采样频率。 综合考虑调制方式、通道、数字接口方式、模拟信号类型、单(双)极性、电源电压、参考电压、功耗、 封装、价位等因素,初步确定本设计中采用 ADS1255 24 位 A/D 转换芯片,它是德州仪器(TI)Burr-Brown 产 品线推出针对工业应用、具有业界最高性能的 ADC。 2.1.2 CPU 的选择 在产业化生产中硬件的价格和成本是对经济效益有关键影响的因素,因此选择一种最合适硬件电路的核 心—单片机是首要任务。单片机的价格在整个智能装置的价格中占有较大的比重。因此选择一个价格低廉而 且功能合适的单片机有着十分重要的意义。 选择单片机的几个原则: 首先是对应用系统的适应性。 所谓对应用系统的适应性, 就是能否用一个单片机完成对系统的控制, 或 需要增加几个附加的集成电路才能实现对系统的控制。从对应用系统的适应性出发,主要应考虑下列问题: 1) 单片机是否含有所需I/0端口数目。如果端口数太少,就不可能满足有关的功能,如果端口数太多, 就造成单片机资源的浪费,即选择了价格过高的单片机。 2) 单片机的CPU是否有合适的吞吐量。这是一个有关单片机计算功能的问题。 针对应用系统的需要, 必须认真考虑单片机对系统执行控制时的处理能力。 单片机的处理能力主要表现在CPU的运行速度, 指令的功 能。指令周期的长短,中断能力,堆栈大小等指标上。 3) 单片机是否含有所需的外围端口部件。 对于一个应用系统,首先要考虑的是,在I/0端口中有多少不同类型的I/0方式。例如是否含有下列I/0 方式或I/0器件。 其次是单片机的极限性能是否能满足要求。一个应用系统有其特定的应用环境, 功耗和电压状态。 单片 机的极限性能一般包括最高使用温度,最低使用温度,最高使用电压,最低使用电压,最大功耗及最大电流等。 最后是单片机的可开发性。对于被选择的单片机,应考虑下列开发工具: 1) 汇编程序 2) 编译程序 3) 调试工具,包括评价模块、在线仿真器、逻辑分析工具、调试监视程序、 源码级调试监视程序 4) 在线示范板服务,包括实时执行、应用例子、缺陷故障报告、实用软件、 样本源码 5) 应用支持,包括考虑是否存在专职的应用支持机构,考虑是否存在应用工程师,应用技术人员或应用 销售人员的支持,应考虑支持人员的学识水平,以及支持人员是否真正对解决有关开发问题感兴趣,支持人 员和机构是否有便利的通信工具,能否及时得到支持。

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