基于MAX155的同步数据采集系统[单片机]

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基于MAX155的同步数据采集系统

发布时间:2006年8月5日点击次数:1530

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摘　要：在电力系统信号的测量中,常需对多路信号进行同步采集,而基于常规采样芯片的数据采集模块通常存在系统复杂、体积大、非完全同步采样等不足。MAXIM公司推出的MAX155是一种高速、8位8输入通道的同步采样A/D转换器,非常适合电力系统信号同步测量的要求。详细介绍了基于MAX155 A/D转换器和AT89S51单片机的同步数据系统的硬件和软件的设计方法。实验结果表明该系统不仅采样精度高,而且能实现完全同步采样。
　　关键词：MAX155;多通道同步数据采集;电力系统;AT89S51

1引言
　　现代工业自动化技术的不断发展,要求电力系统必须安全稳定地运行,因此需要对电网的电流、电压、频率、功率等电气量进行实时检测,这不仅要检测每一相电流/电压的大小,而且还需知道各相电流/电压间的相位关系。要实现这一目标,就必须采用多通道的同步数据采集装置。目前多通道同步数据采集装置通常是由多组采样保持单元（T/H）、1个多路转换开关（MUL）和1个带输出锁存模数转换器（A/D）组成。典型电路如图1所示。

　　此类电路使用的元器件多,存在占用面积大、可靠性差、成本高等不足。利用MAXIM公司提供的MAX155制作多通道同步数据采集装置,可使装置精简、可靠,克服了上述的不足。

2MAX155芯片
　　MAX155是一高速、多通道的8位A/D转换器,有8个模拟量输入通道,在其内部每一模拟量输入通道各有一采样保持器,这8个采样保持器能实现同步启动采样,其内部结构如图2所示。

　　MAX155的主要性能特点有：
　　(1) 最高输入频率为5 MHz,此时每通道的转换时间为3.6 μs。
　　(2) 单极性或双极性输入。
　　(3) 单端输入或差动输入。
　　(4) +2.5 V内部参考电压。
　　(5) 单极性+5 V或双极性±5 V工作电源。
　　在使用中MAX155有2种工作方式可选：开放电路工作方式（open circuit mode）和硬接线工作方式（hardwire mode）。前者通过配置寄存器（configuration register）的设置使得MAX155工作灵活,但编程复杂;后者是通过外部引脚的接线来实现不同的工作状态,编程简单易学,对多通道的同步数据采集而言,后者比前者方便、简单。由于本系统需要同步采集6通道的数据,因此选择MAX155的硬接线工作方式。在硬接线工作方式下,模拟量输入的设置主要通过MODE和Vss两个引脚的接线来实现：
　　当MODE=0时,为8通道单端输入;
　　MODE=1时,为4通道双端差动输入。
　　当Vss接AGND时,为单极性输入;
　　Vss接-5 V时,为双极性输入。
　　启动MAX155：给WR引脚一个低电平,MAX155就同时对8个通道进行采样和保持,并依次对0~7个通道进行转换,在这个过程中,MAX155的引脚BUSY为低电平并一直保持到转换结束。
　　读取转换结果：在变为高电平后方能读取结果,给引脚8个低电平,就依次从MAX155内部RAM中按顺序读出0~7通道的转换结果。

3MAX155与单片机的接口电路与编程
　　MAX155与单片机AT89S51的接口电路如图3所示。MODE接地,Vss接-5 V,即MAX155选择8通道单端双极性输入的信号,电网的三相电流、电压经前置处理后直接输入到MAX155的AIN0~AIN 5,转换结果的输出端D0_~D7直接接到AT89S1的P0口,,和分别接到P1.1_~P1.3。
　　基于接口电路可给出采样子程序如下：
　

4实验结果
　　研制的多功能电量变送器采用上述电路作为采样模块,利用信号发生器产生的正弦信号y1=2.5 sin(100πt),y2=2.5 sin(100πt+π/3)作为两通道输入数据,每周期采样12点,得到的实验结果如表1所示（一周期的采样结果）。表中的数据表明采样精度相当高（只有最后1位不稳定）,而且量通道的采样完全同步(两通道相差两个采样点的值相等,如通道1的第3采样点=通道2的第1采样点,这正好是两者的相位差)。



5结语
　　综上所述,MAX155非常适用于多通道的同步数据采集,其硬件和软件实现都相当简单,而且测量精度高,能完全实现同步采样,有相当高的实用价值。

参考文献

［1］孙涵芳,徐爱卿.MCS51/96系列单片机原理及应用［M］.北京：北京航天航空大学出版社,2000.
［2］MAXIM Data Sheet of MAX155. 2002,6.

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