基于正交矢量放大的MRS信號采集模塊設(shè)計(jì)---- 采集模塊硬件設(shè)計(jì)(三)

4.5采集電路

4.5.1采集電路設(shè)計(jì)要求

鎖定放大器的兩個(gè)通道的信號同步性要求很高，需要同步采集芯片來實(shí)現(xiàn)。另考慮到儀器的需要，使本采集模塊能夠采集信號全波，采集芯片至少需要3個(gè)采集通道。由于采集的是信號包絡(luò)，采樣率不要求太高，本設(shè)計(jì)中采用1/4倍Lamor頻率來進(jìn)行采集。本設(shè)計(jì)中選擇6通道同步采集芯片AD7656來實(shí)現(xiàn).

4.5.2 AD7656電路實(shí)現(xiàn)

AD7656電路圖如圖4.19所示。AD7656是16位，6通道同步采集芯片，可以工作在串行或者并行模式下。本設(shè)計(jì)中對采樣率要求不高，而單片機(jī)I/O口有限，所以選擇工作在串行模式下。在串行模式下，一些管腳都進(jìn)行了必要的接地。為了采集的精確性，芯片所有的AVCC和AGND之間都接了濾波電容，消除電源中的干擾。AD7656有V1～V6六個(gè)模擬輸入管腳，組成了A、B、C三對同步采集組。經(jīng)過低通濾波器后的同相、正交兩路信號分別輸入V1、V2管腳，由單片機(jī)控制CONVST A管腳來實(shí)現(xiàn)同步采集的開始與結(jié)束。MRS信號直接輸入V3管腳，需要的時(shí)候由單片機(jī)控制CONVST B管腳來實(shí)現(xiàn)信號全波采集的開始與結(jié)束。剩下的V4、V5、V6管腳作為擴(kuò)展接口使用。

AD7656采集與數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖如圖4.20所示。單片機(jī)將CONVST A管腳置高電平控制開始采集，AD7656將V1、V2管腳檢測到的電平轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，存在內(nèi)部寄存器中。在CONVST A的上升沿，BUSY管腳置高電平表示芯片正在轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后，BUSY管腳恢復(fù)低電平，通知單片機(jī)開始接收二進(jìn)制數(shù)據(jù)。單片機(jī)檢測到BUSY管腳恢復(fù)低電平后，將CS管腳置低電平，并產(chǎn)生SCLK時(shí)鐘接收AD7656寄存器內(nèi)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送完后，單片機(jī)將CS管腳恢復(fù)高電平，CONVST A管腳恢復(fù)低電平，采集完成。

4.6通訊電路

4.6.1 485通訊接口電路

通訊接口采用SP3483芯片，單片機(jī)作為下位機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通訊。工作電壓為3.3V，掛接到系統(tǒng)總線上，傳輸協(xié)議采用485通訊方式，通訊采用半雙工方式SP3483在串行接口通信中，是很實(shí)用的接口電路，不僅通訊電路結(jié)構(gòu)簡單，而且功能齊全，在通信距離、傳輸速度、驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力方面均較理想，而且抗干擾能力較強(qiáng)，提高了通訊可靠性。

單片機(jī)通過中斷口P3.3口控制485總線的流向，正常時(shí)為接收狀態(tài)，需要發(fā)送指令時(shí)，將端口置高，發(fā)送下位機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)。在該芯片的6和7腳并聯(lián)100歐姆的電阻，增加通訊系統(tǒng)的可靠性。硬件電路連接如圖4.21所示。

4.6.2同步信號輸入接口電路

系統(tǒng)主控板卡與采集模塊之間用同步信號來進(jìn)行通訊，為了避免同步信號對采集模塊的干擾，采用光電隔離器6N137來實(shí)現(xiàn)同步信號輸入接口電路。

光電隔離器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常采用的一種隔離電壓沖擊和電磁干擾的器件，它把發(fā)光器件和光敏器件集成在一起通過光實(shí)現(xiàn)耦合，構(gòu)成電——光——電轉(zhuǎn)換的器件。由于光電隔離器輸入端和輸出端之間的聯(lián)系是通過光來實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)很好的電氣隔離。6N137是高速光電隔離器，適用于對數(shù)據(jù)傳送速度要求較高的場合。6N137的內(nèi)部電路框圖如圖4.22所示。

6N137的工作原理是，信號從2腳和3腳輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流——電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個(gè)輸入端，與門的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時(shí)與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時(shí)，輸出高電平，但這個(gè)邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。