基于ADS1255的地震信息采集模塊設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
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(hào)處理器(DSP)TMS320F2812。該器件特別適用于大批量數(shù)據(jù)處理的測(cè)控場(chǎng)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(jì)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(dāng)需擴(kuò)展為4通道時(shí)，只需用TMS320F2812的4個(gè)I／O端口作為ADS1255的片選端即可，而SPI的時(shí)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(duì)A／D轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)?4位數(shù)據(jù)進(jìn)一步濾波?？紤]到濾波時(shí)DSP需處理大量數(shù)據(jù)，因此通過(guò)TMS320F2812自帶的外部存儲(chǔ)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GPS模塊相連，用于整個(gè)信息采集模塊的授時(shí)時(shí)鐘。為使A／D轉(zhuǎn)換器采樣準(zhǔn)確可靠，DSP與A／D轉(zhuǎn)換器采用獨(dú)立的電源系統(tǒng)，SPI信號(hào)線均需通過(guò)隔離電路進(jìn)行隔離。
2．1 ADS1255電路設(shè)計(jì)
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(kāi)關(guān)(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(cè)量要求。ADS1255能夠接收輸入幅度為0～5 V的信號(hào)，若超出該范圍，器件將損壞，因此，若需采集的信號(hào)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(yīng)用電路。輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)由R3、R4、R5組成的電阻網(wǎng)絡(luò)，可將-10～+10 V的信號(hào)轉(zhuǎn)換為0～5 V。ADS1255可配置成一個(gè)差分輸入或兩個(gè)單端輸入，因此，該設(shè)計(jì)采用差分輸入方式測(cè)量單端輸入。其實(shí)現(xiàn)方法比較簡(jiǎn)單，需采集的信號(hào)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(fù)端AIN1，同時(shí)需設(shè)置ADS1255內(nèi)部的PGA=2。這樣可提高ADS1255的輸入動(dòng)態(tài)范圍。
2．2 參考電壓電路設(shè)計(jì)
該信息采集模塊采用獨(dú)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。