基于TLC5540的高速数据采集卡设计_传感与控制论文
关键词：tlc5540 高速数据采集 时序 控制
在高速数据采集卡中，核心部分是高速模数转换器。随着制造adc的技术不断技术，美国的ti公司和adi公司都开发出采样速度在100msps，但价位低廉的器件。本设计采用ti公司的tlc5540，其特点是：
*8位分辨率；
*最高转换速率达40msps；
*内部采样和保持功能；
*模拟输入带宽≥75mhz（典型值）；
*内部基准电压产生器。
它的引脚排列和功能如图1所示。
其中oe端是输出允许端。当oe为低电平时，允许数据输出；反之，d1～d8为高阻状态。analog in为模拟输入端，clk为时钟输入端，其它一些引脚为一些地线、电源线、基准电压的输入调节端等。整个芯片的控制非常方便。
在数据采集中卡中，它的采样频率不仅仅取决于adc的转换速率。在计算机数据采集系统中，采样频率可表示如下：
fs=1/(tconv+tacq+taid)
式中，tconv是a/d转换的时间，tacq是采样保持时间，taid是数据传输与处理等辅助操作时间。可见，所谓高速，除了要求提高a/d转换的速度外，更重要的是设法减少taid的时间。
设计中，在扩展板上增加1个或多个微控制器，作为前端从机，主要负责采样过程控制和数据存储时序的控制。微控制器与主机之间必须有专用的联络通道，以便主机能对从机实行控制及主从机之间的状态交换。这样，在高速采样的过程中，cpu不需要参与，采样数据存储完全由外部电路自动进行。在采样期间，cpu可以做自己的数据处理和其它工作。采样结束后，再由cpu读出数据进行存储和处理。完成后，又继续采样。数据采样与处理是交替进行的，即所谓的“间隙式采样方式”。当然，这是针对高速数据采样时采用的方法。在慢速采样时，可以完全由主机自行采样，实现边采样、边读数、边处理的真正同步方式。
整个硬件电路的设计原理如图2所示。
在本设计中采用at89c51作为高速数据采集卡的控制核心。它的主要功能是：
①使用p1口与主机通信，接收pc机的命令及数据并纠错、解释、存储、执行；
②送出mcu当前状态，以便主机查询；
③根据机的命令设置控制端口的i/o状态，昭选择采样速率、是否允许读写ram等。
前面已经提到，在整个采样过程中，mcu负责全面的控制工作，主机与采样电路之间不需要任何的线路。主机只要把所要完成的任务编成规格化的指令，在每一次采样开始前全部发给从机。但它的数据只能送出，而不可以直接发送数据给主机的端口。从机的地位是被动的，送出的数据是否被接受由主机决定。
在本电路中，时序控制是非常重要的，尤其是adc的采样时序和存储器的读取时序的配合很重要。tlc5540的时序控制比较方便，输出使能端oe一直置低，通过控制时钟输入端clk来控制采样速率和存储速率。从图2可以看出，在扩展了1个存储器的同时扩展了1个地址发生器。地址发生器是由计数器组成的。也就是说，计数器计1个数，它的地址就改变一下。在本电路中，把外部输入的时钟作为tlc5540的clk端和计数器的时钟端。
具体示意图如图3所示。
通过这样的电路，adc的采样时序和存储器的存储时序就可以很好的配合，保证采样1个数据存储1个数据，不会发生丢失的情况。
以上所述，是采集卡需要采集高速数据时采用的控制方法。在设计中，为了提高卡的适用面，还特别设计了对于采集慢速数据的方法。