基于ADS1255的地震信息采集模塊設(shè)計

1、基于ads1255的地震信息采集模塊設(shè)計基于震前電磁波異樣的客觀事實(shí)，地震預(yù)告中，利用電磁輻射異樣所具有的短臨反映能力，能夠正確采集臨震電磁信息，從而在地震預(yù)告起著重要作用。本文提出一種基于ads1255的地震信息數(shù)據(jù)采集模塊的解決計劃。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計該地震信息采集模塊的主采集控制器選用高性能數(shù)字信號處理器()tms320f2812。該器件特殊適用于大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合。在地震信息采集模塊中，tms320f2812主要負(fù)責(zé)控制ads1255以及濾波處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)。圖1為地震信息采集模塊設(shè)計框圖。因?yàn)樵撔畔⒉杉K采納spi與ad轉(zhuǎn)換器通信，因此，當(dāng)需擴(kuò)展為4通道時，只需用tms320f2

2、812的4個io端口作為ads1255的片選端即可，而spi的時鐘線和數(shù)據(jù)線均可分享。為了提高數(shù)據(jù)的牢靠性與精度，需對ad轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)?4位數(shù)據(jù)進(jìn)一步濾波?？紤]到濾波時dsp需處理大量數(shù)據(jù)，因此通過tms320f2812自帶的外部存儲接口擴(kuò)展512 kb的ram，作為該系統(tǒng)程序運(yùn)行的數(shù)據(jù)空間。此外，tms320f2812的串口a與串口型的模塊相連，用于囫圇信息采集模塊的授時時鐘。為使ad轉(zhuǎn)換器采樣精確牢靠，dsp與ad轉(zhuǎn)換器采納自立的電源系統(tǒng)，spi信號線均需通過隔離舉行隔離。21 ads1255電路設(shè)計ads1255是一款高性能的a/d轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部集成多路挑選開關(guān)(mux)、可編程增益控制

3、器(pga)、四階-調(diào)制器、可編程數(shù)字等，具有極低的噪聲，可滿足高精度的測量要求。ads1255能夠接收輸入幅度為05 v的信號，若超出該范圍，器件將損壞，因此，若需采集的信號不在該范圍內(nèi)，首先需將其線性變幻為05 v之內(nèi)，才干輸入到ads1255。圖2為ads1255的應(yīng)用電路。輸入信號首先經(jīng)過由r3、r4、r5組成的網(wǎng)絡(luò)，可將-10+10 v的信號轉(zhuǎn)換為05 v。ads1255可配置成一個差分輸入或兩個單端輸入，因此，該設(shè)計采納差分輸入方式測量單端輸入。其實(shí)現(xiàn)辦法比較容易，需采集的信號輸入到ads1255差分輸入的正端ain0，參考25 v輸入到差分輸入負(fù)端ain1，同時需設(shè)置ads125

4、5內(nèi)部的pga=2。這樣可提高ads1255的輸入動態(tài)范圍。22 參考電壓電路設(shè)計該信息采集模塊采納自立外部參考電壓器件ref5025提供25 v的參考電壓，該器件具有低噪聲，低漂移，高精度等特性，特殊適用于16位以上的a/d轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。圖3為基于ref5025的參考電壓緩沖電路。23 spi接口隔離電路的設(shè)計該信息采集模塊的隔離電路采納特地的隔離器件adum1402實(shí)現(xiàn)，該器件是公司生產(chǎn)的基于磁耦隔離技術(shù)的通用型四通道數(shù)字隔離器。磁耦隔離技術(shù)是一種基于芯片尺寸的隔離技術(shù)，而非傳統(tǒng)的光電耦合器所采納的發(fā)光與光敏的組合。因?yàn)槠淙∠斯怆婑詈掀髦杏绊懶实墓怆娹D(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此其功耗僅為光電耦合器的11

5、016，同時具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時序精度和瞬態(tài)共模抑制能力。圖4為adum1402的應(yīng)用電路。3 采集模塊軟件設(shè)計因?yàn)閍ds1255采納的是-結(jié)構(gòu)，因此其上電后就開頭以fclk4的固定速率調(diào)制輸入信號，然后以默認(rèn)30 kbs(晶振為768 mhz時)的速率更新其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器。上電后，tms320f2812首先要對ads1255舉行相應(yīng)設(shè)置，如設(shè)置pga，ads1255轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出速率，挑選輸入通道號，以及當(dāng)完成上述設(shè)置后需要舉行相應(yīng)的自我校驗(yàn)。圖5為該地震信息采集模塊的主程序流程。該地震信息采集模塊在舉行多通道數(shù)據(jù)采樣時，首先切換到通道1并舉行第1次轉(zhuǎn)換，等到轉(zhuǎn)換結(jié)束后，再次啟動轉(zhuǎn)

6、換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)果，讀取結(jié)果。然后切換到通道2并舉行第2次轉(zhuǎn)換，操作過程與通道1相同，依次再切換到通道3，4，終于完成全部通道的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對ads1255主要操作有：設(shè)置其寄存器，讀取其寄存器以及向其發(fā)送指令(包括讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的指令)。4 結(jié)束語將該模塊實(shí)際應(yīng)用于臨震電磁信息采集系統(tǒng)中，采納4片ads1255采集地震計傳輸?shù)某皖l的東西、南北方向信息以及點(diǎn)頻的東西、南北方向地震信息，dsp輪番采集上述4通道信號，經(jīng)過濾波后通過串口發(fā)送給上位機(jī)顯示。在實(shí)際應(yīng)用ads1255時，需要注重以下問題：(1)每次設(shè)置過ads1255的數(shù)據(jù)輸出速率、轉(zhuǎn)變pga或者轉(zhuǎn)變輸入通道后均需要發(fā)送校驗(yàn)指令給ads1255，以此消退ads1255的偏移誤差和增益誤差。當(dāng)每次上電以后，建議發(fā)送ads1255自我校驗(yàn)指令。(2)布線時，注重將ads1255數(shù)字地與模擬地采納同一個地，同時避開數(shù)字噪聲器件用法該地，如微處理器。同時，必需給ads1255的數(shù)字電源與模擬電源輸入端并聯(lián)