分享TI LM3S811开发板使用心得之高精度采集卡制作

只看该作者 · 2011-11-27 18:28

本帖最后由 lilihua0721 于 2011-11-30 21:51 编辑

以下是我使用TI MCU制作高精度采集卡的全部资料，包括硬件搭建原理图、软见工程文件，液晶资料及ADS1211资料，详情请参考附件。
分别放在以下连续的8个楼层中，有不足的地方请大家指教！
效果图展示：

一、基于LM3S811与ADS1211数据采集卡设计硬件部分（全部电路请参考附件）
对于硬件我是采用以前的做的一块ADS1211采集卡板跳线来完成实验的，目前并没有针对LM3S811设计PCB板，在这里给出测试原理图。
1、电源部分及ADS1211的外围电路设计：
在测量过程中，电源是影响测量精度大的因素，所以电源必须要稳定。
以下是我设计的电源部分及ADS1211的外围电路设计。

2、ADS1211差分输入信号的隔离：
采用了LM324用于电压跟随，在此没有做放大（测试差分输入电压为0~5V）
具体如下图：

3、串口通信电路：
考虑到通讯的距离及稳定性采用了MAX232转换为RS232电平，
具体参考如下：

3、LM3S811与ADS板接口连接：

接口部分.JPG (71.96 KB )

下载附件

2011-11-27 20:26 上传

只看该作者 · 2011-11-27 18:29

本帖最后由 lilihua0721 于 2011-11-27 20:57 编辑

一、基于LM3S811与ADS1211数据采集卡设计软件部分(完整工程文件请参照附件工程文件)

ADS1211读写流程
1、mian.c

#include "inc/hw_ints.h"
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "driverlib/debug.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/uart.h"
#include "ADS1211U.h"
#include "Type.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>

double UVal;//计算电压值，
char str[60];//存放显示字符串
INT32U ADdata; //24 AD转换器采集到的AD值
INT32U  Value; //存放转换电压值放大10000倍的结果
INT16U  integer=0;// 待转换为字符串整数部分
INT16U  decimal=0;// 待转换为字符串小数部分
INT8U i=0; // 记录当前显示通道

#ifdef DEBUG
void
__error__(char *pcFilename, unsigned long ulLine)
{
}
#endif

/**************************************************************************************
函数名: void UARTIntHandler(void)
功  能: 接受中断处理
说  明: 从接受FIFO中取出数据然后发送出去
输  入：无

输  出：无
其  他：无
**************************************************************************************/

void UARTIntHandler(void)
{
INT32U ulStatus;
//获取中断状态
ulStatus = UARTIntStatus(UART0_BASE, true);
//清中断
UARTIntClear(UART0_BASE, ulStatus);
//查接受FIFO是否存在数据
while(UARTCharsAvail(UART0_BASE))
{
//从接受FIFO接受到数据后然后通过发送FIFO发送出去
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, UARTCharGetNonBlocking(UART0_BASE));
}
}
/*****************************************************************************
函数名: CreanLcd(INT16U
usColor,INT16U X0,INT16U Y0,INT16U X1,INT16U Y1)
功  能: 清指定区域的，用usColor颜色对指定区域进行填充
说  明: 清液晶指定区域
输  入：usColor填充颜色
   X0 、Y0第一点左上坐标
            X1 、Y1
第一点右下坐标
输  出：无
其  他：无
*******************************************************************************/
void CreanLcd(INT16U
usColor,INT16U X0,INT16U Y0,INT16U X1,INT16U Y1)
{
INT8U
CmdData[6]={0xAA,0x64,0xCC,0x33,0xC3,0x3C};
INT8U
i=0;
//发送帧头
for(i=0;i<2;i++)
{
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, CmdData);
}
SysCtlDelay(2*SysCtlClockGet()/3000);
//发送填充颜色
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, usColor>>8);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, usColor);
SysCtlDelay(2*SysCtlClockGet()/3000);
//发送左上LCD地址
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, X0>>8);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, X0);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, Y0>>8);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, Y0);
SysCtlDelay(2*SysCtlClockGet()/3000);
//发送右下LCD地址
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, X1>>8);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, X1);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, Y1>>8);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, Y1);
SysCtlDelay(2*SysCtlClockGet()/3000);
//发送帧尾及校验位
for(i=2;i<6;i++)
{
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, CmdData);
SysCtlDelay(SysCtlClockGet()/3000);
}
}

只看该作者 · 2011-11-27 18:29

本帖最后由 lilihua0721 于 2011-11-27 20:58 编辑

/**************************************************************************
函数名: void UARTSend(const INT8U *pucBuffer, INT32U ulCount,INT16U XAddr, INT16U YAddr)
功  能: 清指定区域的，用usColor颜色对指定区域进行填充
说  明: 清液晶指定区域
输  入：pucBuffer 字符串指针
ulCount 字符串个数
XAddr 、YAddr
显示地址
输  出：无
其  他：无
*****************************************************************************/
void UARTSend(const INT8U *pucBuffer, INT32U ulCount,INT16U XAddr, INT16U YAddr)
{
INT8U
CmdData[6]={0xAA,0x54,0xCC,0x33,0xC3,0x3C};
INT8U
i=0;
//发送帧头
for(i=0;i<2;i++)
{
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, CmdData);
}
SysCtlDelay(2*SysCtlClockGet()/3000);
//发送写入LCD地址
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, XAddr>>8);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, XAddr);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, YAddr>>8);
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, YAddr);
SysCtlDelay(2*SysCtlClockGet()/3000);
//发送显示内容
while(ulCount--)
{
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, *pucBuffer++);
SysCtlDelay(SysCtlClockGet()/3000);
}
//发送帧尾及校验位
for(i=2;i<6;i++)
{
UARTCharPutNonBlocking(UART0_BASE, CmdData);
SysCtlDelay(SysCtlClockGet()/3000);
}
}

只看该作者 · 2011-11-27 18:29

本帖最后由 lilihua0721 于 2011-11-27 21:09 编辑

/******************************************************************************
函数名: void ADConversion_test(INT8U chn)
功  能: 测试24位AD转换器的采样精度
说  明: 由于采集输入端电压范围为0~5V，5V对应的满量程为0x7FFFFF
      故：差分输入电压值为：U = (5*AD)/0x7FFFFF ,可以知道U必然
            小于5V，乘10000后必然小于0xFFFF，所以执行以下操作不会越界
integer=(INT16U)(Value/10000);
//取字符串的整数部分
decimal=(INT16U)(Value%10000);
//取字符串的小数部分
输  入：无
输  出：无
其  他：无
*****************************************************************************/
void ADConversion_test(INT8U chn)
{
if(chn>=4)
{
return ; // 通道有误，返回！
}
memset(str,0,60);
ADdata = ADCave_ADS1211(chn,3);
UVal=ADdata;
UVal=UVal*5;
UVal=UVal/0x7FFFFF;
Value = (INT32U)(UVal*10000);
//把double型数据强制转换为32位整型数据，并放大
//10000倍
integer=(INT16U)(Value/10000);
//取字符串的整数部分
decimal=(INT16U)(Value%10000);
//取字符串的小数部分
if(chn==0)
{
//清显示区，显示第一通道时清显示区域（不是整个屏幕）
CreanLcd(0xFFFF,0x00,0x50,0x1C2,0xE0);
if(decimal<10)
sprintf(str,第一通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.000%dV",ADdata,integer,decimal);
else if(decimal<100)
sprintf(str,"第一通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.00%dV",ADdata,integer,decimal);
else if(decimal<1000)
sprintf(str ,"第一通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.0%dV",ADdata,integer,decimal);
else
sprintf(str ,"第一通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.%dV",ADdata,integer,decimal);
//发送给串口屏进行显示
UARTSend((INT8U *)str, strlen(str),0x00,0x50);
}
else if(chn==1)
{
if(decimal<10)
sprintf(str,第二通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.000%dV",ADdata,integer,decimal);
else if(decimal<100)
sprintf(str,"第二通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.00%dV",ADdata,integer,decimal);
else if(decimal<1000)
sprintf(str ,"第二通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.0%dV",ADdata,integer,decimal);
else
sprintf(str ,"第二通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.%dV",ADdata,integer,decimal);
//发送给串口屏进行显示
UARTSend((INT8U *)str, strlen(str),0x00,0x70);
}
else if(chn==2)
{
if(decimal<10)
sprintf(str,第三通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.000%dV",ADdata,integer,decimal);
else if(decimal<100)
sprintf(str,"第三通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.00%dV",ADdata,integer,decimal);
else if(decimal<1000)
sprintf(str ,"第三通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.0%dV",ADdata,integer,decimal)
else
sprintf(str ,"第三通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.%dV",ADdata,integer,decimal);
//发送给串口屏进行显示
UARTSend((INT8U *)str, strlen(str),0x00,0x90);
}
else if(chn==3)
{
if(decimal<10)
sprintf(str,第四通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.000%dV",ADdata,integer,decimal);
else if(decimal<100)
sprintf(str,"第四通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.00%dV",ADdata,integer,decimal);
else if(decimal<1000)
sprintf(str ,"第四通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.0%dV",ADdata,integer,decimal);
else
sprintf(str ,"第四通道检测:AD值:0x%x 电压值:%d.%dV",ADdata,integer,decimal);
//发送给串口屏进行显示
UARTSend((INT8U *)str, strlen(str),0x00,0xb0);
}
integer=0;
decimal=0;
}

1万 · 2011-11-27 20:04

高精度是ADS1211吧,与LM3S811有什么关系.
ADS1211与任何一个单片机都完成同样功能--->高精度数据采集卡.

只看该作者 · 2011-11-27 20:43

/**************************************************************************************
函数名: void JtagWait(void)
功  能: 防止JTAG死锁
说  明: 防止JTAG死锁
输  入：无
输  出：无
其  他：无
**************************************************************************************/

void JtagWait(void)
{
/**********JTAG防止死锁*************/
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOC);       //使能外设GIOPC
   GPIOPinTypeGPIOInput(GPIO_PORTC_BASE, GPIO_PIN_4); //设置USER按键所在管脚
//为输入
if (GPIOPinRead(GPIO_PORTC_BASE, GPIO_PIN_4) == 0x00) //若复位时按下USER按
//键，则进入
{
      for (;;);                                        //死循环，以等待JTAG连接
}
SysCtlPeripheralDisable(SYSCTL_PERIPH_GPIOC);       //禁止USER按键所在的GPIO端口
}
/*****************************************************************************
函数名: int main(void)
功  能: 测试24位AD转换器、LM3S811串口通信
说  明: 显示采集差分输入AD值并显示其对应的电压值，然后通过串口与串口液晶屏相连
输  入：无
输  出：无
其  他：初始化可分为以下步骤：
1：防止JTAG死锁
2：配置系统时钟，保证板子能正常工作起来
3：使能GPIO端口外设，也就是开GPIO功能。
4：初始化24位 AD转换器。
5：使能串口引脚并初始化串口波特率为 115,200, 8-N-1
6：采样AD值并转换为相应的电压
*****************************************************************************/
int main(void)
{
/**********JTAG防止死锁*************/
JtagWait();                                        //JTAG防止死锁

   /***********配置系统时钟 *********/
SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_1 |    //不分频
   SYSCTL_USE_OSC  |    //系统时钟设置
   SYSCTL_OSC_MAIN |    //采用主振荡器
               SYSCTL_XTAL_6MHZ);    //外接6MHz晶振

   /*********** 配置与ADS1211通讯接口 *********/
   SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOD);       //使能GPIOD
       GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5);
//设置pin4、pin5为输出引脚
   GPIOPinTypeGPIOInput( GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7);
//设置pin6、pin7为输入引脚

   /*********** 初始化ADS1211 24位AD转换器 *********/
   Ads1211Init();

   /***********  配置串口 *********/
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART0);
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA);

IntMasterEnable();
GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1);
//设置 GPIO A0 and A1 为串口引脚
UARTConfigSetExpClk(UART0_BASE, SysCtlClockGet(), 115200,
//设置串口波特率为 115,200, 8-N-1
                     (UART_CONFIG_WLEN_8 | UART_CONFIG_STOP_ONE |
                     UART_CONFIG_PAR_NONE));
// 使能接受中断及超时中断
IntEnable(INT_UART0);
UARTIntEnable(UART0_BASE, UART_INT_RX | UART_INT_RT);
while(1)
{
   //循环采集通道1、2、3、4的AD值，然后显示在串口液晶屏上
   for(i=0;i<4;i++)
   {
      ADConversion_test(i);
   }
   //延时2S
   SysCtlDelay(2000*SysCtlClockGet()/3000);
}
}

只看该作者 · 2011-11-27 20:43

本帖最后由 lilihua0721 于 2011-11-27 21:04 编辑

2、       ADS1211.c

#include "Type.h"
#include "ADS1211U.h"
#include "driverlib/sysctl.h"

/******************************
函数名: void Ads1211Init(void)
功  能: 初始化ADS1211U
说  明: 无
输  入：无
输  出：无
返  回：无
其  他：无
******************************/
void Ads1211Init(void)
{
while(!ADS1211_DRDY());
while(ADS1211_DRDY());
// delay5us(5) ;
/* 设置INSR写入4字节命令字CMR */
WriteAds1211(0x64);
/* 设置输出REF及设置双极性 */
WriteAds1211(0x52);
/* 选择半自动校准模式,增益PGA为1,通道3 */
WriteAds1211(0x22);
/* 根据抽取率=fxin*TMR/(Fdata*512);计算抽取率 */
WriteAds1211(0x81);
/* TMR设置为8;Fdata为1000;Fxin为10M,得到抽取率为312.5  20位有效位 */
WriteAds1211(0x38);
}

/************************************
函数名: void WriteAds1211(INT8U Dat)
功  能: 向ADS1211写入1字节数据
说  明: 无
输  入：Dat
输  出：无
返  回：无
其  他：无
*************************************/
void WriteAds1211(INT8U Dat){
  INT8U i,tmp;

  /* 移位 */
  tmp = Dat;
  for(i= 0;i< 8;i++){
/* 模拟时钟高并保持一段时间 */
ADS1211_SCLK_1();
      SysCtlDelay(2000*SysCtlClockGet()/30000);
/* 获取数据 */
if(tmp & 0x80)  ADS1211_SDIO_1();
else          ADS1211_SDIO_0();
/* 模拟时钟低并保持一段时间 */
ADS1211_SCLK_0();
      SysCtlDelay(2000*SysCtlClockGet()/30000);
/* 移位 */
tmp <<= 1;
  }
}

/****************************************************
函数名: INT8U AdsReadData(tU32 *Dat,INT8U chn)
功  能: 读取ADS1211转换数据
说  明: 读取转换数据通过 Dat 进行返回
输  入：chn:通道号  0->3
输  出：Dat
返  回：0:成功
      1:失败
其  他：无
****************************************************/
INT8U AdsReadData(INT32U *Dat,INT8U chn)
{
  INT8U i = 0;
  INT32U  Chr=0;

  if(chn>3) return 1;
  while(!ADS1211_DRDY());
  while(ADS1211_DRDY());
  WriteAds1211(0x05);
  switch (chn)
  {
case 0:
   WriteAds1211(0x20);
   break;
case 1:
   WriteAds1211(0x21);
   break;
case 2:
   WriteAds1211(0x22);
   break;
case 3:
   WriteAds1211(0x23);
   break;
default:
   break;
  }
  while(!ADS1211_DRDY());
  while(ADS1211_DRDY());
  WriteAds1211(0xc0); // 读DOR寄存器中3个字节
  for(i=0;i<24;i++)
  { // 读取数据
ADS1211_SCLK_1();
      SysCtlDelay(2000*SysCtlClockGet()/30000);
Chr <<= 1;
ADS1211_SCLK_0();
      SysCtlDelay(2000*SysCtlClockGet()/30000);
Chr += ADS1211_SDOUT()?1:0;
  }
  ADS1211_SCLK_0();       // ADS1211的SCLK清零
//  (*(INT32U_UNION*)&Chr).sBYTE.BHH = 0;
  *Dat =Chr;
  return 0 ;
}
/**********************************************
函数名: void ADCmid(void)
功  能: 1路A/D转换函数(中值滤波)
说  明: 获取通道channel中值滤波后的A/D转换结果，
      返回该通道中值滤波后的A/D转换结果
输  入：channel: 通道号  0->3
输  出：无
返  回：中值AD
其  他：无
***********************************************/
INT32U ADCmid_ADS1211(INT8U chn){
  INT32U i,j,k,tmp;

  tmp =0;
  if((!AdsReadData(&i,chn))&&
   (!AdsReadData(&j,chn))&&
   (!AdsReadData(&k,chn)))
  {
if(i > j)
      {
   tmp = i;
   i = j;
   j = tmp;
}
if(k>i)
      {
   if (k >j)
         tmp = j;
   else
         tmp = k;
}
else
      {
   tmp = i;
}
  }
  return tmp;
}

/**************************************
函数名: void ADCave(void)
功  能: 1路A/D转换函数(均值滤波)
说  明: 通道channel进行n次中值滤波,
      求和再作均值,得出均值滤波结
      果并返回该通道均值滤波后的A/D
      转换结果
输  入：chn：通道号  0->3
      n：中值滤波次数
输  出：无
返  回：无
其  他：均值AD
**************************************/
INT32U ADCave_ADS1211(INT8U chn,INT8U n)
{
  INT8U i=0;
  INT32U j=0;

  for (i=0; i<n; i++)
  {
j += ADCmid_ADS1211(chn);
  }
  j = j/n;
  return j;
}
1、
ADS1211.h部分

#ifndef _ADS1211U_H
#define _ADS1211U_H

#include "inc/hw_memmap.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "Type.h"

/* AD采集芯片端口定义 */
#define ADS1211_SCLK_1() (GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE,
                                                GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_4))
#define ADS1211_SCLK_0()(GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE,
                                             GPIO_PIN_4,~GPIO_PIN_4))
#define ADS1211_SDIO_1() (GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE,
                                             GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_5))
#define ADS1211_SDIO_0() (GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE,
                                                GPIO_PIN_5,~GPIO_PIN_5))

#define  ADS1211_SDOUT() (GPIOPinRead(GPIO_PORTD_BASE,
                                             GPIO_PIN_6))
#define  ADS1211_DRDY() (GPIOPinRead(GPIO_PORTD_BASE,  GPIO_PIN_7))
/* 函数接口 */
void Ads1211Init(void) ;
void WriteAds1211(INT8U Dat);
INT8U AdsReadData(INT32U *Dat,INT8U chn);
INT32U ADCmid_ADS1211(INT8U chn) ;
INT32U ADCave_ADS1211(INT8U chn,INT8U n) ;
#endif
2、Type.h部分

#ifndef _TYPE_H
#define _TYPE_H
/* 类型定义 */
typedef unsigned char INT8U;/* 无符号8位数*/
typedef signed charINT8S;/* 有符号8位数*/
typedef unsigned short int INT16U;/* 无符号16位数 */
typedef signed short int INT16S; /* 有符号16位数 */
typedef unsigned long intINT32U;/* 无符号32位数 */
typedef signed long int INT32S;/* 有符号32位数 */
typedef float FP32; /* 单精度浮点数 */
typedef double FP64; /* 双精度浮点数 */
typedef unsigned char tBoolean;
#endif

只看该作者 · 2011-11-27 20:45

本帖最后由 lilihua0721 于 2011-11-28 18:35 编辑

三、基于LM3S811与ADS1211数据采集卡设计效果展示（同向端接3.3V，反向端接0V）

四、 24位AD转换器ADS1211介绍
虽然LM3S811已经有AD转换功能，在一般精度要求不高的情况下，使用LM3S811自带的AD转换模块很方便，特别是TI提供的库用的很爽，呵呵，纯属个人观点！
但是有些时候对采集数据精度要求较高，采用LM3S811自带的AD模块就显得很吃力了，在此给大家介绍TI的一款24位AD转换器。
ADS1211特点如下：
（1）Δ-∑型A/D转换器。
（2）可编程设置采样速率。
（3）最低功耗为1.4mW。
（4）差分输入。
（5）SPI兼容SSI接口。
（6）具有芯片自校准功能。
（7）采样数据输出速率在10Hz时有效分辨率可达到20位，采样数据输出速率在1000Hz时有效分辨率可达16位。
（8）可使用内部或外部的参考电压。
（9）具有可编程的增益放大器。
ADS1211含有一个四通道多路开关，为24脚DIP或SOIC封装。其结构如图1所示，其内部由可编程增益放大器（PGA）、二阶Δ-∑调制器、调制控制单元、可编程数字滤波器、微控制器单元、寄存器组（指令寄存器、命令寄存器、数据寄存器、校准数据寄存器）、一个串行接口、一个时钟电路和一个内部2.5V电压基准等组成。
我在此就总结一句话：测量精度高！
其它不多做介绍，因为附件文档很详细，需要使用的朋友直接参考附件就可以了！