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基于TLC5540的高速數據采集卡設計
摘要：介紹TLC5540芯片的引腳排列及特點，提出一種利用TLC5540設計高速數據采集卡的方法。采樣時序和存儲時序的巧妙控制是本文的重點。采集卡的采樣速率和存儲速率可以達到40MHz。關鍵詞：TLC5540高速數據采集時序控制
在高速數據采集卡中，核心部分是高速模數轉換器。隨著制造ADC的技術不斷技術，美國的TI公司和ADI公司都開發出采樣速度在100Msps，但價位低廉的器件。本設計采用TI公司的TLC5540，其特點是：
*8位分辨率；
*最高轉換速率達40Msps；
*內部采樣和保持功能；
*模擬輸入帶寬≥75MHz（典型值）；
*內部基準電壓產生器。
它的引腳排列和功能如圖1所示。
其中OE端是輸出允許端。當OE為低電平時，允許數據輸出；反之，D1～D8為高阻狀態。ANALOGIN為模擬輸入端，CLK為時鐘輸入端，其它一些引腳為一些地線、電源線、基準電壓的輸入調節端等。整個芯片的控制非常方便。
在數據采集中卡中，它的采樣頻率不僅僅取決于ADC的轉換速率。在計算機數據采集系統中，采樣頻率可表示如下：
fs=1/(tCONV+tACQ+tAID)
式中，tCONV是A/D轉換的時間，tACQ是采樣保持時間，tAID是數據傳輸與處理等輔助操作時間。可見，所謂高速，除了要求提高A/D轉換的速度外，更重要的是設法減少tAID的時間。
設計中，在擴展板上增加1個或多個微控制器，作為前端從機，主要負責采樣過程控制和數據存儲時序的控制。微控制器與主機之間必須有專用的聯絡通道，以便主機能對從機實行控制及主從機之間的狀態信息交換。這樣，在高速采樣的過程中，CPU不需要參與，采樣數據存儲完全由外部電路自動進行。在采樣期間，CPU可以做自己的數據處理和其它工作。采樣結束后，再由CPU讀出數據進行存儲和處理。完成后，又繼續采樣。數據采樣與處理是交替進行的，即所謂的“間隙式采樣方式”。當然，這是針對高速數據采樣時采用的方法。在慢速采樣時，可以完全由主機自行采樣，實現邊采樣、邊讀數、邊處理的真正同步方式。
整個硬件電路的設計原理如圖2所示。
在本設計中采用AT89C51作為高速數據采集卡的控制核心。它的主要功能是：
①使用P1口與主機通信，接收PC機的命令及數據并糾錯、解釋、存儲、執行；
②送出MCU當前狀態信息，以便主機查詢；
③根據機的命令設置控制端口的I/O狀態，昭選擇采樣速率、是否允許讀寫RAM等。
前面已經提到，在整個采樣過程中，MCU負責全面的控制工作，主機與采樣電路之間不需要任何的線路。主機只要把所要完成的任務編成規格化的指令，在每一次采樣開始前全部發給從機。但它的數據只能送出，而不可以直接發送數據給主機的端口。從機的地位是被動的，送出的數據是否被接受由主機決定。
在本電路中，時序控制是非常重要的，尤其是ADC的采樣時序和存儲器的讀取時序的配合很重要。TLC5540的時序控制比較方便，輸出使能端OE一直置低，通過控制時鐘輸入端CLK來控制采樣速率和存儲速率。從圖2可以看出，在擴展了1個存儲器的同時擴展了1個地址發生器。地址發生器是由計數器組成的。也就是說，計數器計1個數，它的地址就改變一下。在本電路中，把外部輸入的時鐘作為TLC5540的CLK端和計數器的時鐘端。
具體示意圖如圖3所示。
通過這樣的電路，ADC的采樣時序和存儲器的存儲時序就可以很好的配合，保證采樣1個數據存儲1個數據，不會發生丟失的情況。
以上所述，是采集卡需要采集高速數據時采用的控制方法。在設
計中，為了提高卡的適用面，還特別設計了對于采集慢速數據的方法。
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