CN108683419A - 基于ad4020的高精度ad采集系统 - Google Patents

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田焕霞
田策
王二鹏
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Hebei Huiren Medical Equipment Co
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Hebei Huiren Medical Equipment Co
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/124—Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/002—Provisions or arrangements for saving power, e.g. by allowing a sleep mode, using lower supply voltage for downstream stages, using multiple clock domains or by selectively turning on stages when needed

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Abstract

本发明提供一种基于AD4020的高精度AD采集系统，由意法半导体的STM32F407 ARM芯片、20位的AD4020、ADR4540芯片、低噪声运放芯片ADA4807组成。本采集系统是利用本芯片及MCU涉及而成，具有高速、高分辨率的特点，可以快速准确地对电流信号进行采集，采集完成的信号以中断方式馈入PID控制器的反馈输入端，通过PID控制器以保证电源输出电流的稳定度。

Description

基于AD4020的高精度AD采集系统
技术领域
本发明属于采集系统技术领域，尤其涉及一种基于AD4020的高精度AD采集系统。
背景技术
高稳定度的恒流电源在重离子回旋加速器中进行离子偏转具有重要的作用。为保证电源输出电流达到某个稳定度，如10ppm，一般采用PID控制器对设定电流和采集的反馈实际电流进行运算，而采集作为其中关键的环节，具有不可替代的位置。而目前在工业和民用领域，AD采集的位数一般多为12bit,但这个分辨率在高稳定度恒流电源领域中不能取得很好的效果。
有鉴于此，本发明提供一种基于AD4020的高精度AD采集系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是根据背景技术中提出的问题，提出一种高速、高分辨率且具有低功耗、低噪声的数据采集系统，它是用于高稳定度的恒流电源且需要高速、高精度的数据采集环境。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
优选的，所述的基于AD4020的高精度AD采集系统包括意法半导体的STM32F407 ARM芯片、20位的AD4020、ADR4540芯片、低噪声运放芯片ADA4807。其特征在于：其软件开发平台基于ARM公司的Keil V5.0，同时使用意法半导体的HAL库函数。本采集系统利用AD4020芯片及MCU设计而成，可以快速准确地对电流信号进行采集，采集完成的信号以中断方式馈入PID控制器的反馈输入端，通过PID控制器以保证电源输出电流的稳定度。
优选的，所述意法半导体的STM32F407 ARM芯片通过3线制的SPI接口与AD4020芯片进行采集数据的读取。
优选的，所述SPI接口启用中断接收功能。
优选的，所述AD4020芯片采用5V和1.8V供电，具有SPI接口。
本发明的有益效果：本发明是用于高稳定度的恒流电源且需要高速、高精度的数据采集环境。该系统采用AD4020芯片在功耗、噪声、分辨率、转换速度等主要因素以及性价比方面具有很大优势；采用的STM32F407通过3线制的SPI接口与AD4020芯片进行采集数据的读取，既避免了传统并口占用较多IO引脚的缺点，使系统简洁明了，又实现了快速传输；启用了SPI中断接收功能，使得加快PID控制器的调节周期，从而使电流的输出更加平稳细腻。
附图说明
图1为本发明实施例的主控芯片STM32F407 ARM芯片的原理框图；
图2为本发明实施例的关键部件AD4020芯片的原理框图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
本发明提供的基于AD4020的高精度AD采集系统包括意法半导体的STM32F407 ARM芯片、20位的AD4020、ADR4540芯片、低噪声运放芯片ADA4807。其特征在于：其软件开发平台基于ARM公司的Keil V5.0，同时使用意法半导体的HAL库函数。
如图1所示，所述的STM32F407作为意法半导体公司中高端的AMR微控制器，具有32位字长，高达168 MHz的系统时钟，具有3路时钟高达21MHz的SPI接口，内置512KB FLASH和192KB RAM，具有SWD调试串口，3.3V供电。其通过3线制的SPI接口与AD4020芯片进行采集数据的读取，既避免了传统并口占用较多IO引脚的缺点，使系统简洁明了，又实现了快速传输，本案的SPI的时钟位21MHz。启用SPI的中断接收功能，使得加快PID控制器的调节周期，从而使电流的输出更加平稳细腻。
如图2所示，所述的AD4020芯片采用5V和1.8V供电，具有SPI接口，可以方便地与STM32F407进行基于SPI的数据传输。同时基于AD4020的外围的电路---基准源、信号调理、LDO及退耦处理。AD4020芯片无论在技术性能、性价比及可实现性上都具有优势。
本系统选择基于ARM公司的Keil V5.0的软件开发平台，同时使用意法半导体的HAL库函数使系统更为严谨，表现出更高的抽象整合水平，且HAL API集中关注各外设的公共函数功能，便于对一套通用的用户友好的API函数接口进行定义，从而可以轻松实现从一个STM32产品移植到另一个不同的STM32系列产品。
系统的工作原理为：本系统采用意法半导体的STM32F407 ARM芯片作为中心控制单元，20位的AD4020作为AD采集的关键部件，ADR4540芯片作为AD4020的基准源，为使外部模拟信号得到更好的调理，分别在两条外部模拟信号线上使用低噪声运放芯片ADA4807进行跟随但不放大。通过SPI接口将AD4020读取到的数据接收到STM32F407。其整体构架依次是系统时钟树的生成、I/O引脚的初始化、SPI外设初始化和SPI中断接收，共4大部分。在SPI中断服务中对数据进行截取拼接，以得到完整的原始数据。
本发明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种基于AD4020的高精度AD采集系统，包括意法半导体的STM32F407 ARM芯片、20位的AD4020、ADR4540芯片、低噪声运放芯片ADA4807。
2.其特征在于：其软件开发平台基于ARM公司的Keil V5.0，同时使用意法半导体的HAL库函数。
3.本采集系统利用AD4020芯片及MCU设计而成，可以快速准确地对电流信号进行采集，采集完成的信号以中断方式馈入PID控制器的反馈输入端，通过PID控制器以保证电源输出电流的稳定度，
根据权利要求1所述的一种基于AD4020的高精度AD采集系统，其特征在于：所述意法半导体的STM32F407 ARM芯片通过3线制的SPI接口与AD4020芯片进行采集数据的读取。
4.根据权利要求2所述的一种基于AD4020的高精度AD采集系统，其特征在于：所述SPI接口启用中断接收功能。
5.根据权利要求1所述的一种基于AD4020的高精度AD采集系统，其特征在于：所述AD4020芯片采用5V和1.8V供电，具有SPI接口。
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CN103458535A (zh) * 2013-08-28 2013-12-18 北京师范大学 一种低功耗弱信号数据采集与无线传输模块
CN104020693A (zh) * 2014-06-16 2014-09-03 徐云鹏 一种用于手持设备的实时数据采集系统
CN105301340A (zh) * 2014-07-28 2016-02-03 国家电网公司 一种仪表

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