引 言
在電力系統三相信號處理應用中，常需要同時對A、B、C三相電壓和電流信號進行數據采集和處理。如三相功率、電能測量及諧波分析等。美國ADI公司的AD7656是16位6通道同時采樣的模／數轉換器，內部含有6個16位A／D轉換器，具有轉換精度高、速度快、功耗低、輸入模擬信號幅度大、信噪比高等特點。Philips公司出品的LPC2210，是一款工業級的ARM控制器，處理速度快，性能穩定，與AD7656共同組成的6通道數據采集系統能在很大程度上提高系統的信號采集和處理能力。
1 AD7656的特點及工作原理
1．1 AD7656的特點
圖1為AD7656的內部功能框圖。
其主要特性為：
- 6個16位獨立的ADC通道。
- 輸入模擬信號的范圍為±(10～15 V)。
- 最大轉換速率為250ksps。
- 低功耗，5 V供電時在250ksps下功耗為140 mW。
- 片上2．5 V參考電壓和參考緩沖器。
- 8／16位并行接口模式和串行接口模式。
1. 2 工作原理
AD7656是6通道16位逐次逼近型ADC，有2種接口模式：串行接口模式和高速的并行接口模式，并行接口模式又分為8位和16位傳送方式。在數據轉換時，3個轉換信號CONVSTA／B／C，用來控制每對或每4個或每6個ADC同時采樣。如果將3個CONVST引腳連接在一起，就可對6個ADC同時進行采樣。在CONVSTX的上升沿，被選擇的ADC對被置為保持模式，轉換開始。CONVSTX的上升沿過后，BUSY信號變為高電平表明轉換正在進行，轉換時間是3μs，BUSY信號返回低電平表明轉換結束。在BUSY信號的下降沿，ADC回到跟蹤模式，數據可以通過并行或串行接口從輸出寄存器讀出。16位并行接口讀取數據時先將CS置低，每當讀信號(RD)變低，就從16位總線上讀取1路數據，6路A／D數據則需要讀取6次，其內部轉換16位并行接口模式時序如圖2所示。
2 硬件設計
圖3為AD7656與LPC2210的接口設計，在三相交流電信號處理方面的應用中，選用Philips公司的ARM控制器LPC2210，它具有功耗低、性能高、速度快等特點。LPC2210的PO．22與CONVSTX相連，用來啟動6路A／D的同時轉換。PO．23與RESET信號相連，為了控制AD7656復位。EINTl連接BUSY信號，AD7656轉換結束后，BUSY信號變低，向LPC2210申請中斷。LPC2210的片選信號CSl和讀信號OE分別與A／D的片選信號CS和讀信號RD相連，用來讀取轉換結果，其地址范圍為0x81000000H～Ox81FFFFFFH。將LPC2210的16位數據總線和AD7656的16位數據總線相連接，由于LPC2210為3．3 V接口，而AD7656為5 V，所以串接100Ω電阻進行電平匹配。另外LPC2210還涉及液晶、鍵盤和RS232接口電路，用于人機接口和計算結果上傳。
在AD7656把模擬信號轉換為數字信號之前，需要對模擬信號進行信號調理，把模擬信號調整為適合AD7656模擬信號輸入要求的電平信號。AD7656連接外圍電路時，在DVCC，AVCC，VDRIVE，REFIN/OUT和VSS引腳須加1組去耦電路，該去耦電路是由1個10μF和1個100 nF電容組成。去耦電容要盡量靠近器件，以達到更好的去耦效果。除了上述幾個接口外，AD7656其他關鍵引腳的連接是STBY接VDRIVE，選擇正常模式；RANGE接地表示選擇輸入范圍±10V；H／S SEL接地選擇硬件配置；SER／PAR接地，選擇并行接口；W／B接地表示16位并行輸出；WR／REFEN/DIS接VDRIVE表示選擇內部參考。在具體電路板設計時，數字地和模擬地要分開，在靠近電源輸入電路的地方連接在一起；AD7656芯片下方不要有數字信號通過，這是為了減少干擾，提高測量精度。
3 軟件設計
接口設計應用于多路數據采集，LPC2210數據讀取、處理的過程如圖4所示。對三相交流電進行數據采集，要求每個周期采樣128點，即20 ms采樣128點，也就是每156．25μs采樣一次。用定時器0定時，定時器時間到，啟動A／D轉換，如果CONVSTA／B／C三個信號綁在一起，6個通道的模擬信號同時開始轉換，3μs后6個通道的數據全部轉換完，BUSY信號變低產生中斷，通知ARM讀取數據。LPC2210給片選信號CS和讀信號RD一個低電平開始讀取轉換結果，把6路數據讀完，退出中斷，等待定時器下一次定時到，啟動下一次轉換，待128次數據轉換完之后，暫停定時計數，開始計算。計算結束后，再次啟動定時，完成下一個周期的128次數據采集。
結 語
本文介紹了一種新型的模／數轉換芯片AD7656，它能同時采集6路信號，而且與LPC2210接口電路簡單，控制方便，可應用于電力系統三相交流電數據采集系統中。