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基于LPC2378数据采集系统设计 　　摘要：本文介绍了以LPC2378微处理器为核心的数据采集及处理系统，给出了各模块、接口和软件设计。 　　关键词：LPC2378；数据采集；模块功能 　　 　　引言 　　 　　在工业控制系统中，为了更好地实现对系统的控制，除了控制单元和执行单元外，还必须有反馈环节。在反馈环节中，最重要的就是对数据的采集和处理。一般的工业控制中，数据有很多种形式，最常见的有电流、电压的模拟量、以二进制形式输入的开关量以及以脉冲形式输入的脉冲信号。 　　本文主要讨论了以LPC2378微处理器为核心的数据采集和处理系统的实现过程。 　　 　　 　　系统结构 　　 　　以NXP公司LPC2378为核心构成的控制系统的结构如图1所示。该控制系统主要包括：嵌入式主控模块、电源控制模块、数据采集和处理模块(A／D、D／A、R／D)、串口扩展模块(SC16C554)。由主控模块进行控制，其他模块协同工作，共同实现数据采集和处理的功能。处理器和CPLD模块是整个系统的核心，它控制各模块间的协同工作；电源控制模块负责为芯片提供所需要的工作电压，并对电压进行监测，同时提供系统的复位功能；数据采集和处理模块由A／D、D／A、R／D构成，实现数据的数模或模数转换；串口扩展模块实现了与LPC2378之间数据的串、并行转换，并完成与上位机的通讯功能。 　　SC16C554扩展出4路UART接口，波特率等底层协议由程序独立设置，每个通道具有16字节的FIFO，兼容16C550。通过线路板接插件引入2组外部双口RAM的存取接口，符合IDT7130的时序要求，数据、地址及控制信号等驱动。为方便客户未来的扩展应用，系统向外部预留2组CAN总线接口。系统中实现2路A／D，2路D／A，2路R／D；并预留12位IO控制口，每位可单独设置为输入或输出。 　　 　　硬件设计 　　 　　主控模块 　　该模块由LPC2378和CPLD(EPM7128AE)构成。LPC2378是一款基于ARM7TDMI-S核的高性能32位RISC微处理器。处理器带有Thumb指令扩展；主频高达72MHz；片内集成512KB Flash，支持ISP及IAP，58KB SRAM，PLL加强型矢量中断控制器，10／100M以太网带DMA，USB2.0全速设备接口，2路CAN 2.0接口，通用DMA控制器，4个UART接口，1个具有全功能Modem的接口，3个12C串行接口，3个SPI／SSP串行接口，一个12S接口，SD／MMC记忆卡接口，8路10位ADC，1路10位DAC，4个32位捕获／比较时钟，看门狗时钟，PWM模块支持3相马达控制，RTC实时时钟带可选后备电池，通用I／O等。CPLD主要负责整个系统的译码工作，从而为系统中的某些芯片产生片选和控制信号。 　　 　　电源控制模块 　　通过接插件向线路板提供±15V、±12V、+5V的直流电源。由于系统中大多数芯片的工作电压均为3.3V或5V，故选择的电源电压调节器为TPS76633，它能对外提供3.3V的电压及250mA的电流，且误差在3％以内。为了使系统能稳定的工作，抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，需要使用磁珠进行系统的模数隔离。 　　系统工作时，会经常要求进入复位工作状态，所以，系统的复位电路必须能准确、可靠地工作。这里的复位电路采用LTCl326芯片，同时实现低电平复位和手动复位功能。LTCl326能够在有多种电压供电的系统中实现同时对3种电压的监控功能。为了提高芯片的抗干扰能力，应给每个Vcc引脚接一个0.1 μ F的对地旁路电容。 　　 　　数据采集和处理模块 　　?A／D接口电路 　　LPC2378本身提供有8路10位ADC和1路10位DAC，而该系统要求提供的A／D和D／A精度均为12位，故需要扩展外部A／D和D／A。 　　AD7922是12位逐次逼近型高速、低功耗的A／D转换器，吞吐率最高可达1MSPS。本系统采用通过LPC2378的SPI接口直接与其相连，不需要其他的附加逻辑电路。在采集过程中，选择不同的通道进行采集。 　　?D／A接口电路 　　DAC7574是12位、低功耗、4路带缓冲器的电压输出型D／A转换芯片，最高速率可达3．4Mbps。外部为该芯片提供的工作电压为5V，故转换后的电压输出范围是0～5V，需要设计D／A转换后输出电压范围是一10V～+10V，所以要用到两级运算放大器，第一级构成反相求和电路，第二级构成反相比例运算放大电路。经过第一级运放后，得到一2．5V-+2．5V的电压值，再经过第二级运放后得到-10V～+10V的电压范围。为了在第一级运放的输入端获得精准的-2.5V电压，这里使用LM236，它是能够提供精确的-2