LPC1768與AD7656帶時標采樣系統設計

摘要：以微控制器LPC1768為核心控制AD7656的采樣電路，實現了電力系統監測數據帶上準確時間標記的設計方案。系統采用LPC1768片內資源SSP0控制AD7656進行采樣，并使用片內資源RTC，以獲得帶有實時時間標示的采樣數據。帶時標采樣系統在工業實時監測系統中有良好的應用前景。
關鍵詞：時間標示；LPC1768；AD7656；RTC；SSP

引言
監測系統中，對被測對象的監測時常需要帶時標。過去常外擴實時時鐘芯片PCF8563，使用I2C接口與控制器相連，來獲得時間。該設計需要外擴硬件資源，并且消耗控制器資源，使用效果不佳。恩智浦(NXP)公司的基于最新ARMv7內核的LPC1768，內嵌實時時鐘計數器，系統
掉電仍可繼續運行，可由自帶的電源引腳VBAT供電，進行不間斷地計時。數模采樣模塊采用ADI公司的AD7656，高精度、高速度、高信噪比、良好的實用性等特點使其成為模／數轉換的極佳選擇。使用LPC1768為控制核心，配合高效的AD7656模／數芯片，構成采樣數據帶時標的實時采樣系統，在工業實時監測系統中有十分廣闊的應用前景。

1 硬件設計
1．1 芯片簡介
Correx系列基于ARM公司的架構ARMv7，包括Cortex-A(應用處理器)、Cortex-R(實時處理器)、Cor-tex-M(微控制器)三個系列，Cortex-M3是面向低成本、小引腳數目以及低功耗應用，并且具有極高運算能力和中斷響應能力的處理器內核。NXP的LPC1768便是基于Cortex-M3的處理器。
如同現在市場上多數控制器，LPC1768只內建了1個帶8通道的12位的模／數轉換(少數芯片如TMS320F2812，帶有2個8通道12位的模／數轉換)，不能實現對多個監測單元的同時采樣，并且實際達到的分辨率也只有9位半，不能滿足現場監測的需要。使用外擴ADIAD7656芯片來實現多路監測采樣，可廣泛應用于輸電線路監測系統、儀表和控制系統等。
1．2 LPCI768芯片電路
硬件系統中，LPC1768FBD1OO作為主控芯片，其主頻最高為100 MHz。LPC1768有3種時鐘來源：
①osc-clk，片外時鐘(主振蕩器)輸入，外部晶振工作在(1～25 MHz)。
②rtc-clk，實時時鐘頻率輸入，實時時鐘本身需要1個外部晶振(1～32．768 kHz)。
③irc-clk，內部振蕩時鐘(標稱頻率4 MHz)，在上電和片上復位時使用irc時鐘，待軟件配置其他時鐘輸入；irc-clk達不到USB接口時間基準精度要求，要使用USB功能，必須外接更高精度晶振。

圖1為RTC時鐘時域的總體設計框圖。使用12MHz的外部晶振，通過鎖相環倍頻后，以96MHz運行。RTC時鐘輸入RTCXl、RTCX2，外接32.768 kHz晶振，采用獨立3．3 V電池供電，Vbat輸入端接二極管，防止電池反接造成芯片燒毀。芯片采用3．3 V供電，數字和模擬之間用O Ω電阻或者合適值的電感(電感值大小和電路設計本身有關)隔開。
JTAG仿真口接法如圖2所示。

ADI公司的AD7656有多種數據傳輸方式可供配置，相對于LPC1768豐富的串行傳輸方式和很少的I／0數量，并行傳輸要占用16位或8位數據線，占用資源太多。使用帶有8幀4～16位可配置FIFO的SSP總線，使其運行在SPI模式下。
LPCI768的SSP同步串行控制器，占用4個引腳：
①SCK，串行時鐘線。作為同步時鐘信號，主機驅動，從機接收，可配置高、低有效只在傳輸過程中有效；對應引腳為P0．15或P1．20(SSP0使用)，PO．7或P1．31(SSPl使用)。