摘 要：在電力系統(tǒng)信號的測量中,常需對多路信號進(jìn)行同步采集,而基于常規(guī)采樣芯片的數(shù)據(jù)采集模塊通常存在系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、非完全同步采樣等不足。MAXIM公司推出的MAX155是一種高速、8位8輸入通道的同步采樣A/D轉(zhuǎn)換器,非常適合電力系統(tǒng)信號同步測量的要求。詳細(xì)介紹了基于MAX155 A/D轉(zhuǎn)換器和AT89S51單片機(jī)的同步數(shù)據(jù)系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計方法。實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)不僅采樣精度高,而且能實現(xiàn)完全同步采樣。
關(guān)鍵詞：MAX155;多通道同步數(shù)據(jù)采集;電力系統(tǒng);AT89S51 1引言
現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展,要求電力系統(tǒng)必須安全穩(wěn)定地運行,因此需要對電網(wǎng)的電 流、電壓、頻率、功率等電氣量進(jìn)行實時檢測,這不僅要檢測每一相電流/電壓的大小,而且還需知道各相電流/電壓間的相位關(guān)系。要實現(xiàn)這一目標(biāo),就必須采用多通道的同步數(shù)據(jù)采集裝置。目前多通道同步數(shù)據(jù)采集裝置通常是由多組采樣保持單元（T/H）、1個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MUL）和1個帶輸出鎖存模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）組成。典型電路如圖1所示。 
此類電路使用的元器件多,存在占用面積大、可靠性差、成本高等不足。利用MAXIM公司提 供的MAX155制作多通道同步數(shù)據(jù)采集裝置,可使裝置精簡、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轉(zhuǎn)換器,有8個模擬量輸入通道,在其內(nèi)部每一模擬量輸 入通道各有一采樣保持器,這8個采樣保持器能實現(xiàn)同步啟動采樣,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。 
MAX155的主要性能特點有：
(1) 最高輸入頻率為5 MHz,此時每通道的轉(zhuǎn)換時間為3.6 μs。
(2) 單極性或雙極性輸入。
(3) 單端輸入或差動輸入。
(4) +2.5 V內(nèi)部參考電壓。
(5) 單極性+5 V或雙極性±5 V工作電源。
在使用中MAX155有2種工作方式可選：開放電路工作方式（open circuit mode）和硬接線 工作方式（hardwire mode）。前者通過配置寄存器（configuration register）的設(shè)置使得MAX155工作靈活,但編程復(fù)雜;后者是通過外部引腳的接線來實現(xiàn)不同的工作狀態(tài),編程簡單易學(xué),對多通道的同步數(shù)據(jù)采集而言,后者比前者方便、簡單。由于本系統(tǒng)需要同步采集6通道的數(shù)據(jù),因此選擇MAX155的硬接線工作方式。在硬接線工作方式下,模擬量輸入的設(shè)置主要通過MODE和Vss兩個引腳的接線來實現(xiàn)：
當(dāng)MODE=0時,為8通道單端輸入;
MODE=1時,為4通道雙端差動輸入。
當(dāng)Vss接AGND時,為單極性輸入;
Vss接-5 V時,為雙極性輸入。
啟動MAX155：給WR引腳一個低電平,MAX155就同時對8個通道進(jìn)行采樣和保持,并依次對0~7個通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換,在這個過程中,MAX155的引腳BUSY為低電平并一直保持到轉(zhuǎn)換結(jié)束。
讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果： 在變?yōu)楦唠娖胶蠓侥茏x取結(jié)果,給 引腳8個低電平,就依次從MAX155內(nèi)部RAM中按順序讀出0~7通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 3MAX155與單片機(jī)的接口電路與編程
MAX155與單片機(jī)AT89S51的接口電路如圖3所示。MODE接地,Vss接-5 V,即MAX155選擇8通道單端雙極性輸入的信號,電網(wǎng)的三相電流、電壓經(jīng)前置處理后直接輸入到MAX155的AIN0~AIN 5,轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出端D0~D7直接接到AT89S1的P0口, , 和 分別接到P1.1~P1.3。
基于接口電路可給出采樣子程序如下：
 4實驗結(jié)果
研制的多功能電量變送器采用上述電路作為采樣模塊,利用信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號y1=2.5 sin(100πt),y2=2.5 sin(100πt+π/3)作為兩通道輸入數(shù)據(jù),每周期采樣12點,得到的實驗結(jié)果如表1所示（一周期的采樣結(jié)果）。表中的數(shù)據(jù)表明采樣精度相當(dāng)高（只有最后1位不穩(wěn)定）,而且量通道的采樣完全同步(兩通道相差兩個采樣點的值相等,如通道1的第3采樣點=通道2的第1采樣點,這正好是兩者的相位差)。 
5結(jié)語
綜上所述,MAX155非常適用于多通道的同步數(shù)據(jù)采集,其硬件和軟件實現(xiàn)都相當(dāng)簡單,而且測量精度高,能完全實現(xiàn)同步采樣,有相當(dāng)高的實用價值。 參考文獻(xiàn) ［1］孫涵芳,徐愛卿.MCS51/96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.北京：北京航天航空大學(xué)出版社,2000.
［2］MAXIM Data Sheet of MAX155. 2002,6. |
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