基于AD7888的高稳定度激光器多路监测系统的设计

2010-07-14 20:22:38来源: 今日电子
      系统功能简介

  在高稳定度的研制中,实时的工作状态是需要重点关注的问题。本系统实现了高稳定度温度控制系统、激光管工作电流、工作电压、光功率的实时精确,以及工作状态数据的存储和数据串行上传的功能。其中电流设定值和实际工作电流的观测可以更好地确定的工作状态。系统结构图如图1所示。

图1 系统结构框图

  本系统的实时是利用AD模数转化器实现的。对于AD芯片的选择,需要综合设计诸项因素,系统技术指标、成本、功耗、安装等,最主要的依据还是速度、精度以及需要的通路。由于系统采样的数据是缓慢变化的信号,所以速度的要求不高,主要是精度的要求和多通路的要求,所以选择了美国模拟器件AD公司推出的一款8路单端模拟输入的12位AD7888,VREF(+)为+5V时,其精度能达到1/212×5V=0.00122V,完全满足系统设计的需要。LCD使用OCM4×16,4行16字符的液晶显示模块,使用两个按键控制不同数据之间的切换。数据存储器使用的是AT28C256,容量为256MB,在EEPROM中将存储器分为8个区域,按照实时时钟的节拍存储上传给PC的采样数据。在PC端可以远程直接监控的工作状态。与PC间的数据通信采用的是串行方式,从的TX和RX端CMOS电平到PC的标准RS232电平的转换器件选用Maxim公司的MAX232。由于的外围器件比较多,以及考虑了以后的扩展,这里使用了CPLD芯片进行了器件片选的地址译码和液晶屏的控制信号的生成。

  AD7888的特点

  AD7888是美国模拟器件AD公司推出的一款高速低功耗12位,可以在+2.7~+5.25V单电源模式下工作,见图2。其最大转换速率可达到125k SPS。AD7888的输入采样/保持电路在500ns内获取一个信号,采用单端采样模式,包含8个单端模拟输入,从AIN1到AIN8,模拟输入电压从0~VREF。AD7888内部具有用做A/D转换的换的2.5V基准电压源,REFIN/REFOUT管脚允许用户访问这个基准。另外,该管脚也可以使用外部基准电压,范围从1.2V到VDD。CMOS的制造工艺确保了低功率消耗,正常工作时为2mW,掉电状态下为3μW。该器件采用16脚SOIC和TSSOP外形封装。可以选择多种电源管理模式(包括数据转换后自动处于掉电模式),与多种串行接口兼容,如SPI/QSPI/MICOWIRE/DSP。AD7888引脚功能及符号说明见图3、表1、表2。

图2 AD7888

图3 控制器位功能描述

       表1 AD7888管脚

        表2 引脚符号及说明

  在AD7888中,控制寄存器是8位的只写寄存器。数据在时钟周期信号的上升沿从AD7888的DIN引脚载入,在此同时获取外部模拟量转换的结果。每次数据的传输需要准备16个连续时钟信号。数据只能在片选信号下降沿之后的前8个时钟脉冲的上升沿装入控制寄存器。

  串行接口:

  在图4中显示了详细的串行接口时序图,串行时钟提供了转换时序,且控制AD7888转换信息的输入输出。

  CS初始化数据传送和转换处理。在其下降沿之后的1.5个时钟周期开始采样输入信号,这段时间表示为tACQ(获取时间)。这是从DIN输出到控制寄存器的MSB位为DONTC一个原因。在自动关断模式下获取时间必须要虑及5μs的唤醒时间。整个转换过程还需要14.5个时钟周期来完成。上升沿之后,总线返回高阻状态。如果继续保持低电平,则准备新一轮的转换。

  进行采样的输入通道的选择是提前写入控制寄存器的,因此在转换时,用户必须提前写入以备通道的转换。也就是说,在进行当前转换时,用户就必须提前写入通道的地址以备下次转换使用。设计中初始化时,先做一次写控制寄存器的操作,将需要转换的通道信息写入控制寄存器中。

  写信息到控制寄存器应该在数据传送的前8个SCLK上升沿进行。控制寄存器经常在数据传送发生时进行写操作。从器件中读数据时用户必须经常仔细地在PIN线上设置正确的信息。

接口与驱动

  串行外围设备接口SPI(serial peripheral inteRFace)总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。SPI总线是一种三线同步总线,因其硬件功能很强,所以其实现软件就相当简单。AD7888与多种串行接口兼容,可以根据使用的控制芯片在设计中灵活的使用,从经济的角度出发选择普通的芯片AT89S52,使用程序可方便地实现对SPI总线的控制。

图4 串行接口时序图

  AD7888与之间的接口关系如图5所示。为了能够获得稳定的数据,AD7888与之间加入光隔离器。光隔离器件采用的是隔离电压高、速度快、共模抑制性强的6N137。由于6N137的速度快,编程中不需要进行延时就能满足光隔离器的电平建立时间。试验表明通过光隔离器,获得的稳定数据能够增加3~4位(二进制位)。AD7888的CS接地,使AD888始终工作在SPI接口模式。对每个接口模块的控制是通过74LSl25的三态允许端来实现的。对其中一个SPI接口操作时,使其74LSl25处于选通状态,而其他SPI接口的74LSl25处于高阻状态。这样可实现微处理器单独对一个接口进行操作,而不影响其他接口。CPU通过对三态缓冲器74LSl25控制,可实现多个接口共用相同的数据线。AD7888所采样的七路电压信号经过分压以后电压都在2.5V以内,所以这里可以直接使用芯片内置的+2.5V参考电压,在程序中必须将控制器的REF位置清为“0”。

图5 AD7888与连接图

  

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关键字:监测  激光器  模数转换器  MCU  单片机

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0714/article_2771.html
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