本文為大家介紹以ARM內核S3C2440為處理器，24位自帶模擬開關的ADS1256芯片為A/D轉換和信號輸入通道選擇，利用其特性、工作原理來設計具有高精度、多通道、實時操作性強的地震數據采集系統電路。數據通過橋式低通濾波輸入，有效地抑制了長導線共模信號，并且大大提高了整個電路抗電磁干擾能力，從而可以實現地震數據采集系統的高精度、高質量、低功耗和便攜式等特點。

系統總體結構框圖

電路總體結構如圖1所示，采用三星公司生產的ARM9系列S2C2440微處理器作為核心控制芯片，由地震檢波器輸出微弱、復雜的地震信號首先經模擬信號調理電路的放大、跟隨以及濾波等處理后，再通過控制模擬開關進行選擇通道，然后再應用ADS1256進行模/數轉換，采集到的數據是通過SPI總線的方式送入海量存儲器中，以便以后查閱和分析。

模擬信號調理電路

模擬信號調理電路主要包括地震微弱信號的濾波、放大等。地震信號首先通過橋式低通濾波構成的輸入電路，然后再通過前置放大電路。

輸入電路主要是起到RC阻抗匹配網絡的作用，壓制長導線傳輸中的共模信號，阻止高頻信號，提高抗干擾能力，另外也對接收進來的妨礙有效波記錄的干擾波進行壓制，電路原理如圖2所示。

前置放大電路主要由兩級組成，兩級采用直接耦合的方式連接，第一級把雙端輸入地震信號放大，然后單級輸出，再通過第二級差分線性放大器，轉換輸出方式，為A/D轉換提供雙端輸入差分信號，也進一步的消除了輸入電路的共模信號，電路原理如圖3所示。為保證輸入端保持平衡狀態，第一級兩個輸入端對地的電阻值應相等，為了降低共模電壓放大倍數，一般使R7=R8，R9=R10。

模/數轉換電路

采用ARM處理器控制ADS1256作為模/數轉換電路，ADS1256只能工作在SPI通信模式下。設計采用ARM處理器的通用I/O口來控制ADS1256片上寄存器，也可以通過串口讀/寫這些寄存器，通過控制ADS1256的CS端信號來選擇是否開始轉換。通過讀取DRDY引腳的電平來表示轉換是否已經完成，低電平時表明數據轉換完成，高電平時表示數據轉換未完成。從DOUT引腳讀取最新轉換數據，控制內部模擬開關寄存器來配置四通道差分輸入，將AINO～AIN7作為輸入端，AINCOM不用，一般接地就可以，其中PSEN3～PSEN0為差分信號的正輸入端選擇位，NSEL3～NSEL0為差分信號的負輸入端選擇位。用ADCON寄存器來配置輸出時鐘、傳感器檢測選擇、程控放大倍數選擇，CLK1，CLK0為輸出時鐘選擇位。其中：00表示輸出時鐘關閉;01表示輸出fCLKIN;10表示輸出fCLKIN/2;11表示輸出fCLKIN/4，主時鐘由外部晶振提供，晶振選取7.68 MHz，PGA2～PGA0為程控增益放大器的放大倍數選擇位：000=1，001=2，010=4，011=8，100=16，101=32，110=64，111=128，可以根據信號的強度來來配置寄存器。DIR7～DIR0為數據速率選擇位，11110000=30 kS/s為默認值。這樣可以通過軟件編程控制各個寄存器來靈活的配置所需要的時鐘輸出、傳感器檢測選擇、程控放大倍數、數據轉換速率等。其控制電路連接如圖4所示。

在PCB板布線時晶振必須靠近ADS1256，為保證起振并得到一個穩定的頻率，須外接小于0.1μF的陶瓷電容，本系統取18 pF。

外圍接口電路

其主要接口電路包括觸摸顯示電路、存儲電路和上位機通信電路等，基本與開發板上的接口電路相似，這里只作簡單的文字敘述。電路主要采用擴展FLASH和SDRAM，用于系統的啟動和運行程序的加載，其中FLASH用來保存用戶的程序代碼，SDRAM用來存儲程序運行時的數據和少量數據。顯示部分采用平板型結構的液晶顯示器件，它具有顯示信息量大、低壓、低功耗、長壽命、無輻射、無污染的優良特性，其在顯示領域占據了重要地位。一般使用間接訪問的方式來實現控制器芯片與液晶顯示模塊間的電路連接，液晶顯示模塊的數據通常需要并行輸入，這里需要應用串轉并器件來串/并轉換，為液晶顯示提供并行輸入，模塊的讀、寫、片選、復位等控制信號由S3C2440的通用I/O引腳控制。選擇高速USB總線傳輸技術的方式與上位機進行通信。這種實現必須要在S3C2440和專用USB通信驅動芯片及外圍電路共同完成，為了方便USB接口的硬件調試，還須增加一個RS 232接口。