超声波无损检测系统的A/D与ARM接口设计

超声波无损检测系统的A/D与ARM接口设计

1 芯片选型

1．1 S3C2410处理器

在超声波无损检测系统中，超声波探头的频率一般是2～10 MHz。取探头频率为5 MHz，根据采样定理，采样频率最好是探头频率的5～8倍，因此A／D芯片选用AD公司的AD9283，它的最大采样速率达100 MHz，可以满足系统要求。

常用被测物厚度为10 mm，当信号长度取前8个波峰，整个系统工作在极限频率100 MHz的情况下，有如下计算：

采样次数=采样速率×时间

=采样速率×（2×厚度×8／超声波速度）

=100×2×0．01×8／5 900

=2 712次

即需要将近3 KB的缓存。该超声波测厚系统最大需测量厚度50 mm的物体，故需要容量15 K×8 B的FIFO。因此FIFO的深度要大于15 KB；宽度大于A／D的位数，即大于8位；最大工作速率100 MHz，与A／D采样速率相一致。该设计选用CY公司的FIFO存储器CY7C4261，其最大采样速率达100 MHz，与AD9283最大采样速率相同；容量为16 KB×9 B，可以满足数据量要求。

2 接口设计

3 时序设计

通过两个与门分别对A／D和FIFO的写时钟进行控制。因为AD9283从模拟输入开始到该次转换的数据出现在输出口上需要4个时钟周期，并且在高速度采样时导线的延时效果会非常明显，若把A／D和FIFO的时钟连在一起，很可能过多地采到无效数据。分开控制以后，通过软件延时，可以方便地分别对A／D和FIFO的时钟进行控制。调试起来相当方便，力图把采到无效数据的位数减至最低。AD9283的工作时序如图2所示，CY7C4621写时序图如图3所示。

在中断中，ARM首先迅速关闭采样脉冲信号（使TOUTl和TOUT2）的输出为0，停止A／D和FIFO的工作。ARM外部时钟信号CLKOUTO与FIFO的读输入RCLK接在一起，ARM每执行一次I／O读操作，cLKOUT0便向RCLK发出一脉冲。把FIFO读使WEN1能和WEN2置为低，同时连续执行16 K次I／O读操作，数据便依次从CY7C4261送入S3C2410系统，整个数据采集工作就此完成。在进行每一次数据的采集前，将CY7C4261先复位，把S3C24-10的nRSTOUTl配置为通用输出口，给CY7C4261的RS引脚输入一个不小于10 ns的低脉冲，即在ARM的nRSTOUTl引脚输出一个低脉冲。这样可以更充分地保证FIFO的读、写指针的稳定。

4 数据采集流程

超声波测厚系统数据采集工作流程主要包括ARM初始化、输入激励脉冲、使能外部中断、时钟送入A／D、FIFO、等待中断。停止A／D及FIFO，ARM读数据，复位FIFO。流程图如图4所示。

5 结语

通过实际设计在基于ARM的超声波无损检测系统中，采用FIFO可以使高速A／D与ARM处理器之间得到很好的无缝连接，解决两者之间不匹配的问题。通过软件设置，可以灵活调整A／D，FIFO及ARM的操作时序，调试简便，保证了数据采集的安全可靠。该接口电路简单，灵活高效，具有很高的应用价值。

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