基于TLC5540的高速數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計
摘要：介紹TLC5540芯片的引腳排列及特點，提出一種利用TLC5540設(shè)計高速數(shù)據(jù)采集卡的方法。采樣時序和存儲時序的巧妙控制是本文的重點。采集卡的采樣速率和存儲速率可以達到40MHz。關(guān)鍵詞：TLC5540 高速數(shù)據(jù)采集 時序 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，但價位低廉的器件。本設(shè)計采用TI公司的TLC5540，其特點是：
*8位分辨率；
*最高轉(zhuǎn)換速率達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，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。在計算機數(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)換的時間，tACQ是采樣保持時間，tAID是數(shù)據(jù)傳輸與處理等輔助操作時間。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的時間。
設(shè)計中，在擴展板上增加1個或多個微控制器，作為前端從機，主要負責(zé)采樣過程控制和數(shù)據(jù)存儲時序的控制。微控制器與主機之間必須有專用的聯(lián)絡(luò)通道，以便主機能對從機實行控制及主從機之間的狀態(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)采樣時采用的方法。在慢速采樣時，可以完全由主機自行采樣，實現(xiàn)邊采樣、邊讀數(shù)、邊處理的真正同步方式。
整個硬件電路的設(shè)計原理如圖2所示。
在本設(shè)計中采用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口與主機通信，接收PC機的命令及數(shù)據(jù)并糾錯、解釋、存儲、執(zhí)行；
②送出MCU當(dāng)前狀態(tài)信息，以便主機查詢；
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