由于計(jì)算機(jī)的微型化,、網(wǎng)絡(luò)化、性能價(jià)格比的上升和款件功能的日益強(qiáng)大,，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)幾乎可以出現(xiàn)在任何場合：實(shí)時(shí)控制,、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集,、信息處理,、數(shù)據(jù)庫等。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,，現(xiàn)在的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集主要用微機(jī)進(jìn)行數(shù)字化測試分析,。振動(dòng)測試儀器主要為以徽機(jī)為核心智能儀器。數(shù)字化測試的前撮是將傳感器從被測試設(shè)備測得的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化數(shù)據(jù),。因此摸數(shù)轉(zhuǎn)換的精度,、速度將直接決定數(shù)字化測試分析的精度、速度,。本文的目的即將一個(gè)AD轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)用于振動(dòng)測試,。
AD7665內(nèi)置一個(gè)16位高速采樣ADC,，擴(kuò)大了被測設(shè)備的振動(dòng)頻率范圍。一個(gè)電阻器輸入標(biāo)量(允許多種輸入范圍),，既而易于與多種不同的傳感器配套使用。一個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘,、糾錯(cuò)電路,，以及串行和并行系統(tǒng)接口，提高了AD轉(zhuǎn)換外圍電路設(shè)計(jì)的靈活性,。
該器件具有3種采樣模式：極高采樣速率模式(Warp模式),；快速模式(正常模式)，適用于異步轉(zhuǎn)換速率應(yīng)用,；低功耗模式(脈沖模式),，適用于低功耗應(yīng)用，其功耗與吞吐量呈比例關(guān)系,。3種采樣模式使得系統(tǒng)功耗降至最低,。
1 基本原理
逐次比較型A／D轉(zhuǎn)換器。就是將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓作多次比較,，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對應(yīng)值,。
對圖1的電路，在數(shù)據(jù)采集階段,，它由啟動(dòng)脈沖
啟動(dòng)后,，DAC內(nèi)部電容陣列梭用作采樣電容，并從IN的輸入端得到模擬信號(hào),。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后,，的輸入變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)轉(zhuǎn)換狀態(tài)被啟動(dòng),。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下,，控制邏輯電路使內(nèi)部時(shí)序產(chǎn)生器的最高位置1，其他位置0,，其輸出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器將1 000……0,，送入DAC。輸入電壓首先與DAC輸出電壓(REF／2)相比較,，如IN≥VREF／2,，比較器輸出為1，若IN
2 關(guān)鍵問題
在AD轉(zhuǎn)換中時(shí)序問題直接決定了AD轉(zhuǎn)換的成功與否，因此時(shí)序問題將是本文解決的第一個(gè)問題,。另外由于本文采用的是雙極性的輸入,，因此在AD7665的應(yīng)用中應(yīng)該注意輸入配置，以及編碼問題,。
2．1 時(shí)序問題
圖2為AD轉(zhuǎn)換過程時(shí)序圖,。信號(hào)控制AD7665轉(zhuǎn)換的開始，一旦轉(zhuǎn)換開始就不能被放棄或重新開始,，直到轉(zhuǎn)換完成。而信號(hào)與/CS和/RD互不干擾,。
信號(hào)是數(shù)字信號(hào),，要求有良好的邊緣特性。而SNR是一個(gè)臨界值,，信號(hào)要求有很小的抖動(dòng),，可采用一個(gè)專門的振蕩器來產(chǎn)生信號(hào)，或者采用高頻率低抖動(dòng)的時(shí)鐘來產(chǎn)生,。
在Impulse模式中,，可以自動(dòng)開啟轉(zhuǎn)換。當(dāng)BUSY信號(hào)變?yōu)榈碗娖蕉?img alt="公式" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/02/21/19e3400b-a00e-4403-ba4c-13cd29752ac0.jpg" />信號(hào)保持低電平時(shí),，AD7665控制數(shù)據(jù)采集階段,，并自動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)新的轉(zhuǎn)換。當(dāng)一直保持低電平時(shí),，AD7665將自動(dòng)保持轉(zhuǎn)換過程,。值得注意的是，當(dāng)BUSY信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí),，模擬信號(hào)被輸入,。同樣，當(dāng)上電時(shí),，被置為低電平以開啟轉(zhuǎn)換過程,。在Impulse模式中，AD7665的轉(zhuǎn)換速度將比570 kSPS高,，而這個(gè)特征在Warp和Normal模式中所沒有的,。
2．2 輸入配置
AD7665為單(雙)極性輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際需要選擇其輸入范圍,。AD7665輸入配置如表1所示,。
本文采用的輸入電壓范圍為±REF，即INA與REF相連,。此時(shí)為三通道±REF范圍電壓的AD轉(zhuǎn)換,，輸入阻抗為2．56kΩ,。
2．3 編碼問題
由于AD7665為雙極性輸入的AD轉(zhuǎn)換。在輸入正,、負(fù)電壓時(shí)編碼方式有所差別,。數(shù)字輸出碼與模擬輸入關(guān)系如表2所示。
AD7665自身可直接輸出標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制碼及二進(jìn)制補(bǔ)碼,。因此可根據(jù)實(shí)際情況選擇其輸出方式,。
2．4 GPRS模塊與服務(wù)器應(yīng)用程序
GPRS模塊采用Siemens公司生產(chǎn)的GPRS／GSM三頻無線通訊模塊MC55i。MC55i集成了高性能GSM／GPRS基帶處理,，完整的無線頻率電路包括功率放大器及天線接口,，內(nèi)嵌便于連接Internet的可由AT指令驅(qū)動(dòng)的TCP／IP協(xié)議棧，大大節(jié)省了連接到Internet的時(shí)間和花費(fèi),。
當(dāng)GPRS模塊要向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),，首先用ATSICS命令創(chuàng)建一個(gè)連接類型參數(shù)集，用來決定一個(gè)Internet的連接類型,；然后以連接類型參數(shù)集為基礎(chǔ),，用ATSISS命令創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)類型參數(shù)集，用指定Intemet服務(wù)的類型,，也就是Socket,，F(xiàn)TP，HTTP,，或email服務(wù),，SMTP或PO的其中之一；一旦連接參數(shù)集和服務(wù)參數(shù)集被創(chuàng)建,，就可以用ATSISO打開一個(gè)Internet會(huì)話,，然后等待一個(gè)URC串口數(shù)據(jù)的返回；會(huì)話完成后可以用ATSISR命令進(jìn)行讀數(shù)據(jù),，和用ATSISW命令進(jìn)行寫數(shù)據(jù),；最后用ATSISC(以
遠(yuǎn)程服務(wù)器在啟動(dòng)服務(wù)端程序后,，開始等待GPRS終端請求到達(dá)該端口,，在接收到服務(wù)請求后，要激活一個(gè)新的控件(或線程)來處理這個(gè)GPRS終端請求,。服務(wù)完成后,，關(guān)閉此新進(jìn)程與GPRS終端的通信鏈路，此時(shí)即完成一次GPRS通信,。
服務(wù)器應(yīng)用程序主要靠調(diào)用API函數(shù)Winsock來完成,。其過程為：首先用Socket()創(chuàng)建套接字，然后Bind()本地IP和端口與套接字相連,，用Listen()設(shè)定監(jiān)聽連接數(shù),，開始用Accept()等待客戶連接,，連接成功返回接連序號(hào)，再用Recv(),、send()根據(jù)上面得的序號(hào)進(jìn)行讀寫操作,。讀寫完成后，用Close()關(guān)閉連接,，Closesocket()刪除套接字,，程序結(jié)束。
3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
本實(shí)驗(yàn)為采用AD7665模數(shù)轉(zhuǎn)換完成對一個(gè)100Hz的正弦信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,。如圖3所示,，首先由svc-1正弦控制儀輸出一個(gè)正弦激勵(lì)信號(hào)，給功率放大器(PA1200),，去推動(dòng)振動(dòng)臺(tái)(ES-05電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng))產(chǎn)生一個(gè)100Hz的正弦振動(dòng),。通過加速度傳感器把振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的正弦振動(dòng)信號(hào)傳到(2635型)電荷放大器，電荷放大器將加速度傳感器的高輸出阻抗轉(zhuǎn)換為前置放大器的低輸出阻抗,，以便同后續(xù)儀器相匹配，同時(shí)放大從加速度傳感器輸出的微弱信號(hào),，使電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),。然后通過AD7665模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采集1024個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)，再通過GPRS模塊傳送至PC,。
AD7665模數(shù)轉(zhuǎn)換及GPRS模塊如圖4所示,。該模塊功能為：把振動(dòng)傳感器輸出的模擬信號(hào)(雙極性)轉(zhuǎn)換為16位數(shù)字信號(hào)，以便PC進(jìn)行處理,。該電路采用AD7665的并行輸出模式,。GPBS模塊為MC55i模塊。
在此實(shí)驗(yàn)中,，將INA與REF接+5 V,，INB-IND輸入范圍為-5～+5 V，0～+5 V時(shí)輸出為0000…0000-0111…1111,，即從0～32767,，-5～0 V時(shí)輸出為1000…0000～1111…1111，即從32768～65535,。AD7665完成一次轉(zhuǎn)換后,，BUSY跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)將D[0：15]鎖存到74374，51發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的同時(shí),，將上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果從74374取走,。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過實(shí)驗(yàn)將從振動(dòng)臺(tái)測試得到的1 024個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)在PC上進(jìn)行分析后，其結(jié)果如圖5所示,。
由圖5可看出,，一些采樣點(diǎn)與實(shí)際存在偏差,。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中的AD7665模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是在萬能板上的手工制作，其抗干擾能力本身就較差,，而且由于數(shù)字線在芯片下方穿過,，產(chǎn)生藕合噪聲。如果將本實(shí)驗(yàn)的器件印制在電路板中,，則會(huì)提高其抗干擾能力,，也就降低了測試過程中的誤差。
5 結(jié)論
通過本實(shí)驗(yàn),，可以看出AD7665應(yīng)用于振動(dòng)測試,，其速度、精度都能很好的滿足數(shù)字化振動(dòng)測試,。但在印制電路板過程中應(yīng)注意其抗干擾的設(shè)計(jì)：模擬部分和數(shù)字部分應(yīng)分開在不同的區(qū)域,；避免讓數(shù)字線在芯片下方穿過，以避免產(chǎn)生耦合噪聲,；電源線要使用盡可能粗的線,，以達(dá)到低阻抗并能較少短時(shí)脈沖對電源的干擾；電壓基準(zhǔn)的退耦裝置也是非常重要的,，退耦電容應(yīng)該離ADC盡可能的近,，并用短而粗的線連接，以減少寄生電感,。