基于DSP的16通道声发射同步数据采集电路设计

VC5509A与ADS1278采用帧同步协议的数据接口电路如图3所示，两片ADS1278以菊花链的方式级联。其中，U3的输入DIN接地，DOUT1连到U2的DIN输入；U2的输出DOUT1经D触发器后连到VC5509A的DR1引脚；U2和U3拥有相同的CLK、SCLK、SYNCn和FSYNC控制信号。
2．3 电源和基准电路设计
稳定、低噪声的电源是实现高精度数据采集的必要保证，该数据采集电路包含3种典型电源：ADS1278的1．8 V内核电源，3．3 V I／O口电源和5 V模拟电源。其中，5 V模拟电源通过具有较小纹波的LM7805线性稳压得到：3．3 V和1．8 V数字电源通过具有高电源抑制比和低噪声性能的电源芯片TPS73033和TPS73018获得。
基准电路在高精度数据采集电路的设计中起着至关重要的作用，它会直接影响到数据采集电路的精度和稳定性。绕行电感器本文采用了TI公司的一款低噪声、低温漂、精度极高的电压基准芯片REF5025为ADS1278提供参考电压。为使REF5025的输出性能达到最佳，在将基准信号送入ADS12 78之前添加了一级调理电路，用于进行阻抗匹配和滤波。

3 数据采集电路的底层软件实现
数据采集电路的底层软件实现包括配置和数据采集两部分。其中，配置又可分为两部分：一是对VC5509A本身的插件电感器初始化，包括：CSL库、PLL、GPIO、I2C、定时器、McBSP、DMA和中断等：二是对ADS1278参数的设置，包括通道开启情况、工作模式和采样率等。数据采集工作主要是由DMA来完成的，CPU只负责切换缓冲区和处理数据等操作。
数据采集电路的底层软件工作流程如图4所示。系统上电后，首先完成初始化和ADS1278的配置工作；然后，CPU发出同步转换脉冲，启动数据转换，进入中断等待状态；与此同时由D色码电感器MA来进行数据采集，当DMA存满缓冲区后触发中断；CPU进行切换缓冲区和数据处理等操作，然后返回等待下一次中断。

在上述过程中，DMA和CPU是并行工作的：即DMA专门负责存储数据，将数据搬移到缓冲区：而CPU则负责切换缓冲区并处理缓冲区内的数据。但同一时刻，CPU和DMA操作的是不同的缓冲区：当DMA向缓冲区0存储数据时，CPU处理缓冲区1的数据：而DMA向缓冲区1存储数据时，CPU
处理缓冲区0的数据。这样DMA和CPU实现了一种“乒乓”切换操作，使得DSP能够更加专注于数据处理，从而能够发挥最佳性能。

4 数据采集测试结果
由于数据采集电路的通道数众多，无法一一展示测试结果，所以本文选取了两组典型通道，分别测试同一信号和不同频率的信号。用CCS集成开发环境进行硬件仿真，在DMA中断里设置断点，并通过Graph工具调取缓冲区内的数据显示采集信号波形，结果分别见图5(a)、(b)所示。测试中，设置ADS1278的采样频率为9 375 Hz，显示缓冲区大小为1 024个点，图中的横坐标是经换算过后的时间信息，单位是ms，纵坐标是A／D转换后的实际数值。

图5(a)中的测试信号频率为100 Hz，幅值为100 mVpp。由图可以看出，两通道采集的信号波形一致，相位相同，说明了两通道采样的同步性。图5(b)中，通道3信号频率为200 Hz，幅值约为1．45 Vpp；通道9信号频率为300 Hz，幅值为1．1Vpp。根据图中数据可以计算出，通道9的信号频率约为通道3的1．5倍，信号电感生产厂家幅值约为通道3的1．3倍，与测试信号对应，这说明了两通道采集不同信号的正确性。图5(a)和(b)两图中的信号连续光滑，没有突变点，这也说明了采集电路的高性能。

5 结论
文中面向煤岩声发射信号采集，提出了一种大动态范围、多通道同步数据采集电路的解决方案。该方案通过较少的接口既实现了多通道数据的同步采集，又可灵活开启各通道、设置工作模式和采样率等。采用本数据采集电路的方案，还可方便增加ADS1278到8片，将通道数扩展到64个，进而实现更多通道数据的同步采集。但在使用时需注意，该数据采集电路可扩展的通道数会受到工作模式和工作时钟频率的制约。

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