用FIFO實現超聲測厚系統A/D與ARM接口設計

　　在高頻超聲波數據采集系統中，很多高速 A／D轉換器往往不能直接與處理器相連接，這時就需要使用FIFO在處理器與A／D轉換器之間架一座橋梁，FIFO的先入先出特性可以方便緩存大量的數據塊。在基于ARM的超聲波測厚系統中，所用為1 MHz以上的高頻超聲波探頭，測量數據經A／D轉換后頻率與ARM處理器的數據接收能力不匹配，因此需在A／D與ARM處理之間連接一個FIFO來解決以上問題。該設計選用AD公司的A／D芯片AD9283，FIFO選用Cyperss公司的CY7C4261，兩者的最大采樣頻率都是100 MHz。ARM采用SAMSUNG公司的S3C2410處理器。三者都具有很強的外部接口能力，方便構成無縫連接，硬件接口電路簡單，調試方便。

　　1 芯片選型

　　1．1 S3C2410處理器

　　S3C2410處理器是SAMSUNG公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0．18μm制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨立的16 KB指令Cache和16 KB數據CACHE，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的 Timer，I／O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，I2C-BUS接口，IIS-BUS接口，2個USB主機，1個USB設備，SD主機和MMC接口，2路SPI。S3C2410是 16／32位RISC體系結構處理器，使用ARM920T CPU核的強大指令集，處理器最高可運行在203 MHz。

　　1．2 AD9283高速模數轉換器

　　在超聲波無損檢測系統中，超聲波探頭的頻率一般是2～10 MHz。取探頭頻率為5 MHz，根據采樣定理，采樣頻率最好是探頭頻率的5～8倍，因此A／D芯片選用AD公司的AD9283，它的最大采樣速率達100 MHz，可以滿足系統要求。

　　1．3 FIFO存儲器CY7C4261

　　FIFO存儲器作為A／D與ARM之間的橋梁，其參數指標直接影響數據的采集速度。首先，FIFO存儲器的讀／寫速度要足夠快，為方便調試，最好能和A／D器件的最大速度相一致；其次，FIFO存儲器的存儲容量要適宜，如果容量過大會造成資源浪費，如果容量過小會造成溢出或者數據采集速度過慢。

　　常用被測物厚度為10 mm，當信號長度取前8個波峰，整個系統工作在極限頻率100 MHz的情況下，有如下計算：

　　采樣次數=采樣速率×時間

　　=采樣速率×(2×厚度×8／超聲波速度)

　　=100×2×0．01×8／5 900

　　=2 712次

　　即需要將近3 KB的緩存。該超聲波測厚系統最大需測量厚度50 mm的物體，故需要容量15 K×8 B的FIFO。因此FIFO的深度要大于15 KB；寬度大于A／D的位數，即大于8位；最大工作速率100 MHz，與A／D采樣速率相一致。該設計選用CY公司的FIFO存儲器CY7C4261，其最大采樣速率達100 MHz，與AD9283最大采樣速率相同；容量為16 KB×9 B，可以滿足數據量要求。