基于ADS8364的智能測磁儀設計

引 言

　　目前現(xiàn)有的測磁儀，采樣使用的A／D大多為10位A／D，這使得其采樣精度低，測量誤差大，而且抗干擾能力差。CPU大都以單片機為主，供電電源為5 V，控制器功耗比較大；主頻低使得指令執(zhí)行周期長，計算速度慢，在一個工頻周期內的采樣點數少。在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，由于其傳感器、放大器及隔離器件本身的技術原因，性能相對較差，容易受到干擾。而且現(xiàn)有測磁儀的功能大都比較簡單，通常以單通道為主，外加一個霍爾傳感器，一般只能測量試品外壁某一點的磁感應強度，對于鐵芯內部等傳感器無法到達的部位不能進行測量。顯示終端主要以LED為主，一般只顯示當前測量點的磁感應強度，在整個測量過程中沒有數據記錄功能，需要專人負責填寫，使用起來很不方便。

　　另外，現(xiàn)有測磁儀大都不能實現(xiàn)三相或三個獨立的單相試品的測量，測量過程中無法給出最大磁通量、最小磁通量以及他們分別對應的電流，更無法顯示磁滯回線并給出磁滯回線的面積，這些都是我們十分關心的問題。更重要的是不能測量激磁電流中有直流分量的磁路。

　　以上這些問題使得現(xiàn)有測磁儀在使用過程中總是存在這樣那樣的不足，使測量工作受到很大的限制。

　　2 硬件設計

　　新型智能測磁儀的硬件結構框圖如圖1所示。外部采樣信號經三通道電壓調理電路和三通道電流調理電路接至ADS8364。CPU為TMS320LF2407，與ADS8364并行連接。CPU內部的SCI實現(xiàn)與PC機通訊，由ST16C550擴展的串口與顯示終端LCD相連，并配有鍵盤及打印機。因TMS320LF2407內部RAM空間不足，所有采樣結果均保存在外部CY7C1021中，CY7C1021在程序調試過程中作為程序的外部存儲器，正常運行時作為AD采樣結果的存儲空間。

　　ADS8364與TMS320LF2407接口電路如圖2所示。ADS8364的三位地址線接LF2407的低三位地址線，16位數據線與LF2407的16位數據線并行連接。3個采保信號分別由FL2407的PWM10，PWM11和PWM12提供。A／D轉換結束信號接LF2407的外部中斷1。BYTE接地使讀取時得到的數據位數以16位的方式輸出。

　　2.1 采樣模／數轉換器ADS8364介紹

　　ADS8364是TI公司推出的高速、低功耗、6通道16位A／D轉換芯片，共有64個引腳。其時鐘信號由外部提供，最高頻率為5 MHz，對應的采樣頻率是250 kHz。數字電源供電電壓為3～5 V，即可以與3.3 V供電的微控制器接口，也可以與5 V供電的微控制器接口。6個模擬輸入通道分為三組(A，B和C)，每組都有一個保持信號(HOLDA，HOLDB和HOLDC)，用來啟動各組的A／D轉換，6個通道可以進行同步并行采樣和轉換。A／D轉換完成后產生轉換結束信號EOC。其共模輸入在50 kHz時為80 dB，特別適合于噪聲比較大的測量環(huán)境。地址／模式信號(A0，A1，A2)決定ADS8364的數據讀取方式，轉換結果讀取方式有3種：直接讀取、循環(huán)讀取和FIFO方式。根據BYTE為0或者為1確定每次讀取時得到的數據位數，轉換結果以16位還是8位的方式輸出。

　　2.2 微處理器TMS320LF2407簡介

　　TMS320LF2407是TI推出的高性能靜態(tài)CMOS技術微處理器，采用3.3 V供電減小了控制器的損耗；30 MHz的主頻使得其具有較高的實時控制和計算能力。

　　片上32 k×16位的FLASH，使得程序燒寫十分便利。兩個事件管理器EVA和EVB；10位的A／D轉換，可由兩個事件管理器來觸發(fā)兩個8通道輸入A／D轉換器或一個16通道輸入A／D轉換器。

　　外部存諸器擴展：64 k的程序空間，64 k的數據空間，64 k的IO空間。5種外部中斷。

　　2.3 異步收發(fā)器ST16C550簡介

　　ST16C550是一種通用異步收發(fā)器(UART)，能夠提供數據并／串轉換功能。顯示單元采用的LCD基本約定為串口格式，在實現(xiàn)與TMS320LF2407通訊時，通過擴展異步通信接口來實現(xiàn)高速串行通信。

　　2.4 鍵盤及顯示單元

　　鍵盤采用掃描工作方式，設有0～9數字鍵、功能鍵、光標向下及向右移動鍵、設定鍵、啟動鍵和打印鍵。通過鍵盤可設定分流器的量程、勵磁匝數、鐵心面積、迭片系數及磁路長度。顯示單元LCD為DMB24128A，主要顯示A、B、C相的最大、最小磁通及相應的電流值以及A、B、C相的磁滯回線的面積。

　　3 軟件設計

　　智能測磁儀的基本工作流程如圖3所示。上電后首先初始化，對控制寄存器及I／O口進行設置，自檢無誤后進入鍵盤掃描。有按鍵按下，則進入相應的操作，如必要的參數設定及界面等，否則默認為缺省值。當檢測到啟動鍵按下時，啟動A組采樣達到設定的采樣次數，停止A組依次啟動B組、C組，如圖3所示進行循環(huán)，采樣結果保存在外部存儲空間CY7C1021中。也可以通過設定只啟動一組采樣。

　　一次循環(huán)采樣結束后，關閉中斷，清除標志位。依據相應的算法計算出終端所要顯示的值并送至顯示終端。同時檢測PC機是否需要上位機通訊，如果是則將外部存儲器中的數通過SCI傳到上位機，否則開中斷進入下一個采樣周期。每組A／D在一個工頻周期內最多采樣點數為800點，這一值可以根據需要通過鍵盤進行設置。

　　上位機提供了多種顯示界面，極大地方便了使用。與下位機顯示終端最大的區(qū)別在于不僅包含了所有下位機的功能，而且能夠直觀地顯示電壓、電流波形及磁滯回線。