基于ADS1255的地震信息采集模塊設計
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基于震前電磁波異常的客觀事實，地震預報中，利用電磁輻射異常所具有的短臨反映能力，能夠正確采集臨震電磁信息，從而在地震預報起著重要作用。本文提出一種基于ADS1255的地震信息數(shù)據(jù)采集模塊的解決方案。
2 系統(tǒng)硬件設計
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(DSP)TMS320F2812。該器件特別適用于大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合。在地震信息采集模塊中，TMS320F2812主要負責控制ADS1255以及濾波處理相應的數(shù)據(jù)。圖1為地震信息采集模塊設計框圖。
由于該信息采集模塊采用SPI總線與A／D轉(zhuǎn)換器通信，因此，當需擴展為4通道時，只需用TMS320F2812的4個I／O端口作為ADS1255的片選端即可，而SPI的時鐘線和數(shù)據(jù)線均可共享。為了提高數(shù)據(jù)的可靠性與精度，需對A／D轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)?4位數(shù)據(jù)進一步濾波。考慮到濾波時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展512 KB的RAM，作為該系統(tǒng)程序運行的數(shù)據(jù)空間。此外，TMS320F2812的串口A與串口型的GPS模塊相連，用于整個信息采集模塊的授時時鐘。為使A／D轉(zhuǎn)換器采樣準確可靠，DSP與A／D轉(zhuǎn)換器采用獨立的電源系統(tǒng)，SPI信號線均需通過隔離電路進行隔離。
2．1 ADS1255電路設計
ADS1255是一款高性能的A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部集成多路選擇開關(MUX)、可編程增益控制器(PGA)、四階△-∑調(diào)制器、可編程數(shù)字濾波器等，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0～5 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)，首先需將其線性變化為0～5 V之內(nèi)，才能輸入到ADS1255。
圖2為ADS1255的應用電路。輸入信號首先經(jīng)過由R3、R4、R5組成的電阻網(wǎng)絡，可將-10～+10 V的信號轉(zhuǎn)換為0～5 V。ADS1255可配置成一個差分輸入或兩個單端輸入，因此，該設計采用差分輸入方式測量單端輸入。其實現(xiàn)方法比較簡單，需采集的信號輸入到ADS1255差分輸入的正端AIN0，參考電壓2．5 V輸入到差分輸入負端AIN1，同時需設置ADS1255內(nèi)部的PGA=2。這樣可提高ADS1255的輸入動態(tài)范圍。
2．2 參考電壓電路設計
該信息采集模塊采用獨立外部參考電壓器件REF5025提供2．5 V的參考電壓，該器件具有低噪聲，低漂移，高精度等特性，特別適用于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。
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