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1、基于DSP的高速高精度数据采集系统_曹家胜自控与测量AU刀Q几胡刀O八凌A任沮SU况乙材ENT基于05户的高速高精度数据采集系统DSPBasedHighSPeed&HighAeeuraeyDataAequisitionSystem吉林大学信息科学与技术学院曹家胜摘要:大动态范围信号的处理需要24位数据采集,本文介绍了瞬时浮点放大技术,并在该技术的塞拙上实现24位数据采集,给出了基于DsP的高速高精度数据采集处理系统的设计。关键字:数据采集;浮点放大;DsP弓l言数据采集系统中A/D转换器的量化位数决定了系统的精度。有时也用信号的动态范围来衡量一个数据采集系统,它
2、是指系统允许的最大输人信号幅值与能分辨的最小信号幅值之比。为了提高精度可以增加A/D的量化位数,但有时即使选用位数较高的A/D也难满足系统的要求,例如地震信号采集中,要求系统的动态范围达到120dB或150dB以上,这时就很难通过增加A/D转换位数来采集了,并且高位数的A/D价格昂贵。浮点数据采集很好的解决了这一问题。AAAAAAAAAAAAAAA汇)))))处处数数控变增增增增增增增增理理益益电路路路路路路路路器器噜噜噜噜噜噜噜噜益控控控控制制电路路路路图7浮点为乞走数据采集原理浮点放大及浮点数据采集浮点数据采集就是利用浮点放大技术,先对输人信号进行适当的放大
3、,然后再对放大的信号进行A/D转换,其基本原理如图1所示。在图中,浮点放大电路不同于一般的程控放大器,它对于不同的转换点,放大的倍数是不同的,或者说放大倍数是浮动的。浮动的放大倍数称为“阶码”,A/D转换的结果称为“尾码”,这样一个转换点的数值就由“阶码”+“尾码”组成,它很类似计算机中的浮点数表示,因此称为“浮点”放大和“浮点”数据采集。在浮点数据采集系统中,若A/D的转换位数为N,浮点放大器放大倍数范围为K“,K,,…,KL一,且有:Kl4、的量化效果。利用浮点放大方案,一方面扩大了动态范围,另一方面又保证了进入A/D转换器的模拟信号幅度几乎总是处于半量程范围内,因而量化的信噪比近似保持一致。高速浮点增益调整浮点式A/D转换的关键问题是需要解决浮点放大的增益调整。有多种具体实现浮点数据采集电路的方法。如:利用模拟开关和电阻网络实现浮点A/D采集、利用单片集成数控增益放大器实现、使用高速A/D进行浮点增益调整、利用比较器实现浮点增益调整等等。为了获得较高的转换速度,可以考虑采用高速A/D进行浮点增益调整。本电路利用D/A里面的电阻网络来实现数字增益调整。原理图如图2所示。该电路工作的原理是:模拟信号送
5、人高速的8位D/A转换器的同时,还送给一个高速的8位A/D转换器,该A/D转换器的输出经编码后控制模拟开关通常,取K一2,则此时的动态范围DR可以用下式计算:DR=20192,汁闪=6.02(L+N)(dB)式中L为浮点放大器的等效位数(级数),N为A/D转换器的位数。若取L一8,N一16,则可得到一个动态范围DR=6.02(L+N)=6.02x(8+16)、144,相888位高速D/AAAAAAAAAAAAAAA直直直直流放大大333位高速八勺勺勺勺勺勺勺勺勺勺16位位编编编编编编编编编编码器器器声以LLL,,{{,,,,,,,,,,,,图2高速月风索调整厉剩
6、里5O《雷子度品‘界》2001·,”“自控与测量选择最佳的增益输出,控制D/A浮点放大输人信号。数据处理和存储模块在后一级A/D转换完毕后,连同编码器的输出(增益码)一起送入存储器中。D/A浮点放大原理:设模拟多路开关的增益输出为D,则U。=Uref*D=Uref(2一’a,+2一2a2+。二+2一”a、)8一Uref手2一al这里选Uref为输人信号,U。为浮点放大后的信号。则模拟开关输出为0叶I,olH,02H,04H,08H,10H,ZOH,40H,SOH时正好为2的幂次,实现K一2的浮点放大。即当输入信号小于次级A/D转换电压时,浮点放大输人信号,直到信
7、号落人次级A/D转换器半量程范围。实现浮点放大利用的是D/A中高精度的电阻网络。因为D/A中的电阻网络是2的负幂次,故在浮点增益调整后加一级直流256放大,以真正放大输入信号,这里采用多级集成放大器实现。为了减小系统的复杂度,图中的译码器和编码器采用可编程器件ispLSI实现。ispLSI为在线可编程器件,实现简单,可在线编程,改变功能逻辑。AU刀旦胭只刀O入凌」了石姓SU况乙甘五阿TTMS320C62ol具有丰富的指令,并「;工使用C语言进行开发,高效的流水线操作和灵活的寻址方式使处理器运算能力得到充分的发挥。基于TMS32oC6201的24位数据采集系统基本
8、结构如图3所示。信号调理
