12位A/D转换器ADS7864在电网谐波分析仪中的应用

文章摘要：第一种是地址模式，在(A2 Al A0)=从000到101时，可以直接对特定的通道寻址。该通道的地址在RD的下降沿之前应保持至少10 ns，并且只要RD为低就不能改变。 第二种是循环模式，在(A2 A1 AO)=110时，接口以循环模式工作。此时，数据在第一个RD信号时从通道AO读取，接着是通道A1，随后是B0、B1、CO，最后是Cl(再次读取A0之前)。在一个复位信号之后或者对器件上电之后，通道A0的数据首先输出。 第三种是FIFO模式，在(A2 A1 A0)=11l时，该模式中，先读取首先被转换的数据。此时，如果某个特定的通道最受关注、转换较频繁(例如，获取特定通道的历史记录)，则每个通道

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　　第一种是地址模式，在(A2 Al A0)=从000到101时，可以直接对特定的通道寻址。该通道的地址在RD的下降沿之前应保持至少10 ns，并且只要RD为低就不能改变。

　　第二种是循环模式，在(A2 A1 AO)=110时，接口以循环模式工作。此时，数据在第一个RD信号时从通道AO读取，接着是通道A1，随后是B0、B1、CO，最后是Cl(再次读取A0之前)。在一个复位信号之后或者对器件上电之后，通道A0的数据首先输出。

　　第三种是FIFO模式，在(A2 A1 A0)=11l时，该模式中，先读取首先被转换的数据。此时，如果某个特定的通道最受关注、转换较频繁(例如，获取特定通道的历史记录)，则每个通道就有3个输出寄存器用于存储数据。

　　ADS7864的输出为16位，12位输出数据存储于DBll(最高有效位)到DB0(最低有效位)。当DBll～DB0输出有效数据时，DBl5为l。这点对于FIFO模式非常重要。在DBl5变为O之前可以读取有效数据。DBl4、DBl3、DBl2输出通道地址，其具体信息与表2中A2、A1、AO的地址设置相对应。

　　为了增加设计的灵活性，ADS7864支持不同宽度的数据总线。当数据宽度控制端BYTE被置为高电平时，ADS7864的16位数据输出端直接与16位数据总线相连；当BYTE端被置为低电平时，可以与8位数据总线连接，在第一个RD信号时低8位数据在输出引脚DB7到DB0上读取，第二个RD信号时则读取高8位数据。

4 在电网谐波分析仪中的应用

　　电网谐波分析需要采集的数据包括三相线路的电压、电流共6个量(对于每条输电线路)，在以往的开发过程中，采用MAXl97进行数据采集，但是MAXl97不具备多通道同时采样保持功能，在转换时不能保证6个模拟量采样时间的一致性，影响了谐波分析的准确性。

　　在谐波分析仪的设计中，使用了TI公司的定点数字信号处理器TMS320F206(采用20 MHz有源晶体振荡器作为外部时钟)进行数据采集控制和分析，由于DSP需要对采样数据进行每周期64点的连续FFT变换，运算比较复杂，所以最理想的采样数据位数应该为12位，留出4位作为运算时的溢出保护位，而不需要在软件设计过程中频繁地进行归一化处理。由于12位精度的ADS7864具有6通道同时保持放大、适中的转换速率与精度以及双极性输入等特点，非常适用于电网谐波分析仪的数据采集。TMS320F206(以下简称F206)与ADS7864的接口示意图如图3所示。

　　在许多相关文献中，为保证DSP运行速度与A/D转换器响应速度相匹配，往往采用片内I/O口与A/D转换器接口，依靠软件实现A/D转换器的片选(CS)与数据读取控制(RD)，这种方式虽然可保证操作的可靠性，但同时也占用了DSP上的I/O口资源，而且具有接口连接的A/D转换器数量非常有限。

　　经过仔细分析，在电网谐波分析仪的硬件设计中F206与ADS7864仍然采用了传统的地址译码片选的接口方式，将F206的I/O空间选择端IS与地址线ADl2～ADl5先输入可编程逻辑器件GAL22V10，再输出片选信号CS。F206的RD端直接与ADS7864的读数据控制端RD端连接。

　　由于F206外部数据总线为16位，可将ADS7864的输出数据宽度控制端BYTE接地，16位输出直接与F206的数据总线相连。

　　由于在电网谐波分析中要求同时对三相电压、电流信号进行采样，所以ADS7864的采样保持启动控制端HOLDA、HOLDB、HOLDC直接与F206的I01端连接，当I01输出低电平时，同时启动三组6路信号的采样保持并进行转换。
在谐波分析仪的设计中，ADS7864的数据读取采用地址模式，每次转换结束后，由ADS7864的BUSY端通过反相器向F206的INT2端发出中断信号，完成一次6路信号的采样转换共响应3次中断，在每次中断服务程序中读取相应地址的转换数据。

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