基于TMS320F2812最小系统的设计 14
图2-6 ADC模块原理框图
A/D转换电路设计时分电压跟随和A/D转换两部分电路设计，共同完成数据采集任务。电压跟随电路的主要作用是缓冲、稳压、隔离、限幅和提高带载能力，对下一级电路而言相当于一个恒压源，使得A/D转换器能够产生稳定的采样信号。能够做电压跟随的运算放大器种类非常多，如美国模拟数字公司的AD8552芯片就是一款性能较好的运算放大器，但价格较贵。图2-6中，ADx（x=0,1）是输入信号，也是来自信号调理电路的输出信号。ADCINxx是完成跟随后的输出信号，在A/D转换电路设计时，将完成跟随的信号ADCINxx（xx=0,1）直接与F2812芯片的ADCINAx（x=0,1）引脚直连；图2-7是A/D转换电路的特殊引脚连接关系图，在图中，ADCREFP和ADCREFM管脚分别接一个10uF的陶瓷旁路电容，最后接模拟地；ADCRESEXT管脚接一个特殊阻值的电阻---（24.9Ω±5%）（ADC外部电流偏置电阻），再接模拟地；ADCBGREFIN管脚是TI保留的测试管脚，悬空即可；AVSSREFBG管脚直接与模拟地相连；AVDDREFBG管脚与+3.3V模拟电源相连；管脚ADCLO提供普通的低边模拟输入，通常将其连接到模拟地上[12]。这样，就可完成A/D转换电路的硬件设计。
基于TMS320F2812最小系统的设计 15
图2-7 A/D转换电路特殊管脚设计图
为了获得12位精度的ADC，需要正确的PCB布局，布线。到ADCINxx引脚的模拟信号线不能与数字信号线靠的太近，需要避免数字信号的干扰耦合进入ADC的输入线。ADC模块的功率引脚所连的电源和地必须与数字电源和数字地分开等问题将在第四章中详述。
2.7.3 SCI接口的设计
SCI称为串行通信接口，它是一种采用双信号线的异步串行通信接口。它的主要任务是将片内A/D采集到的十进制或十六进制数据传输到微机端，使得相关技术人员能够在微机上完成数据的分析和处理。
本系统设计中选用TMS320F2812芯片的片内SCI接口实现数据传输。F2812芯片内部集成了2组SCI接口，即SCITXDA、SCIRXDA、SCITXDB、SCIRXDB。其中，SCITXD引脚是发送数据引脚，SCIRXD引脚是接收数据引脚。F2812芯片的SCI接口提供多种通信速率，支持全双工、半双工的通讯模式，具有双缓冲接收和发送功能，发送和接收可采用中断或状态标志位查询两种方式工作。异步数据传输的格式为1位起始位，8位数据位，可选择的奇偶校验位，1位停止位，采用非归零通信格式。SCI接口使用奇偶校验、超时、帧出错监测确保数据的准确传输。图2-8是F2812芯片的SCI接口电路原理图。
基于TMS320F2812最小系统的设计 16 VCCJ1594837261DB9C16 +1μF/16V+ C131μF/16VU4+ C141μF/16V+ C151μF/16V12345678C1+VCCV+GNDC1-T1OUTC2+R1INC2-R1OUTV-T1INT2OUTT2INR2INR2OUTMAX323216151413121110SCITXD9SCIRXDC170.1μFC图2-8 F2812芯片的SCI接口电路 在上述接口电路中采用符合RS-232标准的驱动芯片MAX3232进行串行通讯。MAX3232芯片功耗低，集成度高，具有2组接收和发送通道，供电电压为3.0V～5.5V，B可与F2812芯片共用同一个电源芯片，即采用+3.3V供电。MAX3232和SCI之间无需添加电平转换电路，接口电路简单，可靠性高。 2.8 DSP电路板设计 由于数据采集模块中所使用的芯片都具有较高的工作频率，各芯片的引脚非常密集，而且需要进行数模混合电路设计，所以对PCB电路板设计具有较高的要求。在PCB电路板设计过程中必须充分考虑信号完整性问题、电磁兼容性（EMC）问题和PCB的抗干扰措施，只有这样，才能确保系统稳定工作，获得最佳质量的数字信号。下面就电路板设计过程中应该注意的问题做一说明。 （1）为了确保电子线路获得最佳的性能，在PCB的设计过程中，采用了多层板设计，合理的器件布局，布置了独立、专用的电源层和底层。本系统的数据采集模块采用了2层板设计。合理的器件布局可以缩小PCB的尺寸大小、减少阻抗、提高抗干扰能力、降低成本。布局时必须以核心器件为中心，围绕核心器件布局。元器件尽可能的均匀、整齐、紧凑的排布在PCB板上，减少和缩短各元件之间的引线连接。 ATitle（2）在PCB板设计过程中，必须考虑电源和地的去藕问题。解决电源和地的去藕问题的方法是在电源和地之间添加和分布足够的去藕电容。大小不同的电容分别滤去不同频率的噪声，如B1～10uF的电容滤去50Hz的噪声，0.01～0.1uF的电容滤去100Hz的噪声。设计时，在电源输入端跨接了多个0.01uF的电容和1个10uF的坦电容。 Date:15-Jun-2007Sheet of （3）重要信号线的有效布线也决定着信号的质量。布线时尽可能减少线长度和过56File:F:\\毕业论文\\论文撰写\\f2812evm.ddbDrawn By:SizeNumberRevision孔数；输入、输出端用导线应尽量避免贴近平行，以免发生反馈耦合；导线之间的最小距离由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定；PCB电路板导线拐弯处取圆弧形，直角或锐角在电路中会影响电气特性。
（4）数字地与模拟地要分开。PCB电路板上既有数字电路又有模拟电路的设计，
基于TMS320F2812最小系统的设计 17
应使它们尽量分开，使两者的地线不要相混。如片内A/D转换器件上有2种电源、地，即模拟电源和数字电源，模拟地和数字地。最终模拟电源和数字电源，模拟地和数字地只能有一个共接点，其接入点可选在电源输入处，也可选在模、数信号汇集的地方。在共接点处串接一个低功耗的磁珠（电感），将数字电路中的最强干扰隔离掉。
（5）为了达到抗干扰的目的，电源线和接地线应加粗。加粗的目的是减少环路电阻，提高抗噪声能力。同时使电源线、地线的走向与数据传输的方向一致，提高电路的抗干扰能力。
（6）接地线构成闭环路，提高抗噪声能力。PCB电路板上有很多集成电路元件，遇到耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降。若将接地线构成环路，则会缩小电位差值，提高板卡抗噪声能力。
（7）未用的芯片引脚不能悬空，必须将它们上拉成固定电平值（通常选外设电压）或下拉为0，以降低功耗。正是采取了上述的一系列措施，才使数据采集传输模块得到了正常的运转，保证能够获得高质量的信号，为系统的后续工作奠定了基础。附录A将给出最小系统的全部硬件原理设计图。
2.9 数据采集模块的软件设计
数据采集模块的设计包括硬件设计和软件设计两大部分，只有这两部分协同工作，才能完成数据的采集和传输。在第三章中对数据采集模块的硬件设计进行了详细的说明，本节就数据采集模块的软件设计进行详细讨论。