基于CH375的智能数据采集卡
来源： 作者： 发布时间：2014-12-05 09:54:49 浏览量：0 引言
数据采集是现代电子系统中不可缺少的重要组成部分，在测量、制造、自动控制等场合都需要高质量的信号采集环节，由于ADC技术和微控制器技术的相对成熟，基于PCI，ISA等接口的数据采集卡被广泛地应用在众多科研和工控领域。在测试技术日益变革的今天，测试任务更加复杂多变，需要采集和处理的信息量更加冗长，同时要求测试环节与计算机的接口扁平型电感更加无缝化和标准化，基于虚拟仪器技术(Virtual Instruments)和高速USB 2．O接口的数据采集有着更为广泛的应用前景和市场，是当前测试技术研究的热点之一。
以运算速度更快，位数更宽，资源更为丰富的ARM处理器作为控制核心，配合USB2．0数据传输和灵活的上位机软件，新一代的数据采集卡已经不再局限于单一的板卡形式，可以通过连接线独立于计算机之外，根据测试任务的需求，满足高精度、高速率、多功能的测试指标。同时由于采用了高性能的ARM处理器，控制程序容量加大，方便实现数据采集的独立化、智能化、多样化，摆脱数据采集系统对上位机运算能力的依赖，从而开发出全新的智能数据采集卡。
l 系统原理及框图
整个系统的组成框图如图1所示。被测电压信号经过前置调理送到AD7685进行采样，由Atmega48的SPI驱动AD7685，采集到的双字节(16 b)数据由Atmega48并口，分两次传送给ARM ADuC7026核心电感。当数据采集卡工作于联机状态时，由PC上位机软件设置采样频率和通道工作模式，经过处理通过USB控制芯片CH375送数据到PC端；当数据采集卡工作于离线模式时，无需PC上位机干预，数据采集卡按照预先设定的采样频率和工作模式进行采样，并将采样数据通过USB控制芯片CH375送数据到U盘端。系统采用±9 V，+5 V，+3．3 V以及模拟地数字地，并由DC／DC模块产生，经过良好的LC滤波为各个电路单元提供电力。人机接口(HMI)采用简洁的双按键和LED指示，对整个数据采集卡工作模式的选择和运行状态进行控制。
2 数据采集卡的硬件实现
2．1 AD(、接口和信号调理电路
为了满足较高的采集精度和采样速率，该设计选择AD7685作为模拟／数模压电感字转换器件。AD7685是一款16位、串行输出、250．KSPS、电荷再分配、逐次逼近型(PulSAR)ADC。A模压电感DC与处理器采用串行外围设备接口(SPI)接口进行连接，为了保证ADC的精度，采用高速光耦6N137隔离式驱动电路来隔离处理器SPI总线上的串扰。
前置调理电路信号的流向参见图1系统组成框图。设计中，采用模拟开关ADGl024对输入信号进行切换，并通过可编程增益放大器(PGA)AD8251进行处理，通过增益为O．2的电平转换16位ADC驱动器AD8275，把±5 V的信号转换成O．25～2．25 V的信号，极大地扩展了该数据采集卡的测量范围，而简化了前置调理电路的设计，其电压计算公式如下：
经过前置调理电路使得不同量程范围的输入信号放贴片电感大或衰减到O．25～2．5 V内，最大限度地利用ADC量程，使得采集系统的4个输入通道可以有单通道、双通道、四通道3种工作模式，且每个通道皆可以设置为任意量程。前置通道的相应配置由处理器ADuC7026完成，其配置遵循表1。
2．2 EMC措施
该设计采用外置9 V开关型稳压电源或USB端口供电，由于开关电源的低成本和高功率密度，普遍被现代电子系统设计所采用，但其带来的电磁干扰(EMI)问题也不容忽视。同时，ARM7主频高达45MHz，必须考虑其EMI问题。该设计尽量选取低噪声的放大器和ADC，遵循最短路径的布线原则，确保前置通道具有较低的噪声水平。设计中，采用数字地／模拟地分区覆铜，并一点接地的布线方式，避免电源和数字部分对模拟地电位产生浮动和干扰。同时，采集卡外壳贴装铝箔纸，以防止外界电磁辐射影响内部电路的工作。
2．3 USB接口
该设计使用USB控制芯片CH375，内置海量存储固件，既可以作为USB设备方式向PC上位机传送数据，又可以作为USB主机，将数据存入U盘中。该芯片支持USB2．0通信协议，在并口工作模式下能同时支持主机方式和设备方式。为了保证USB高速传输数据的稳定性和完整性，采取如下措施：
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