AD7656与LPC2219 的并行采集接口设计

### AD7656与LPC2219的并行采集接口设计 #### 引言 在现代电力系统中，对于三相电压和电流信号的精确采集与处理至关重要，尤其是在进行三相功率测量、电能计量以及谐波分析等方面。针对这一需求，本文章深入探讨了基于AD7656模数转换器与LPC2219 ARM控制器的并行数据采集系统的设计方案。 #### AD7656的特点及工作原理 **1.1 AD7656的特点** AD7656由美国ADI公司生产，是一款高性能16位6通道同时采样的模数转换器（ADC）。其主要特性包括： - **6个独立的16位ADC通道**：能够同时对六个不同的模拟信号进行转换。 - **广泛的模拟输入范围**：支持±10V至±15V的模拟信号输入范围。 - **高转换速率**：最高可达250ksps（每秒千样本）。 - **低功耗**：在250ksps下的功耗仅为140mW。 - **内置参考电压和缓冲器**：简化了外部参考电压的设置。 - **灵活的接口模式**：支持8/16位并行接口模式和串行接口模式。 **1.2 工作原理** AD7656采用逐次逼近型转换原理，支持两种接口模式：串行接口模式和高速并行接口模式。其中并行接口模式分为8位和16位两种传输方式。在实际操作过程中，可以通过控制信号CONVSTA/B/C来决定每一对或者每四个甚至所有六个ADC同时采样。如果将这三个CONVST引脚连接在一起，则可以实现所有六个ADC的同步采样。在CONVSTX信号上升沿时，选定的ADC进入保持模式并开始转换。转换完成后，BUSY信号变为低电平，表示转换结束，此时可通过并行或串行接口读取数据。 #### 硬件设计 **2.1 接口设计** AD7656与LPC2210之间的接口设计是本系统的关键部分之一。LPC2210是Phelps公司的ARM控制器，以其低功耗、高性能和高速度而闻名。在本设计中，LPC2210的PO.22端口与AD7656的CONVSTX端口相连，用于启动ADC的转换。PO.23端口与AD7656的RESET端口相连，用于复位AD7656。此外，LPC2210的EINT1端口与AD7656的BUSY端口相连，以便在转换完成后触发中断。LPC2210的片选信号CS1和读信号OE分别与AD7656的片选信号CS和读信号RD相连，用于读取转换结果。两者的16位数据总线也进行了连接，但由于电压不匹配（LPC2210为3.3V，AD7656为5V），因此在连接处加入了100Ω的电阻进行电平匹配。 **2.2 信号调理与去耦电路** 在模拟信号送入AD7656之前，需要对其进行信号调理，以确保信号符合AD7656的输入要求。AD7656的DVCC、AVCC、VDRIVE、REFIN/OUT和VSS引脚需要添加去耦电路，该电路通常由1个10μF和1个100nF的电容组成，且电容应尽可能接近器件安装。此外，为了减少干扰，提高测量精度，在电路板设计时需注意数字地和模拟地的分离，并在靠近电源输入处连接。 #### 软件设计 **3.1 数据读取与处理流程** 系统中的软件设计主要用于实现数据的准确读取和处理。在实际应用中，例如对三相交流电进行数据采集时，要求每个周期采样128点，即20ms内完成128次采样。这可以通过定时器0来实现，当定时器计时结束时，启动ADC转换。如果将CONVSTA/B/C三个信号连接在一起，则可以实现六个通道的模拟信号同时开始转换，大约3μs后，所有通道的数据转换完成，BUSY信号变低，产生中断，通知ARM读取数据。随后，LPC2210会给片选信号CS和读信号RD发送低电平信号，开始读取转换结果。读取完六路数据后退出中断，等待下一次定时器计时结束，再次启动转换过程。待128次数据转换完成后，暂停定时计数，开始计算。计算结束后再次启动定时器，完成下一个周期的128次数据采集。 ### 结论 本文详细介绍了AD7656与LPC2219并行采集接口的设计原理和实现方法，包括AD7656的特点及其工作原理、硬件接口设计、信号调理与去耦电路以及软件设计流程。通过这样的设计方案，可以有效地提高电力系统中三相电压和电流信号的采集与处理能力，为后续的电力分析提供精准的数据支持。