ad7606/ad7616使zynq在能源电力领域如虎添翼，可实现16/32/64通道ad同步采样-pg直营网

1 ad7606/ad7616介绍

ad7606是adi公司的16位、8通道同步采样ad芯片，并行采样率高达200ksps（ad7616是16位、16通道、1msps）。在电力线路测量和保护系统中，需要对多相输配电网络的大量电流和电压通道进行同步采样，ad7606是目前电力系统中最常用的adc采样芯片之一。

ad7606片上集成模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近型adc内核、数字滤波器、2.5v基准电压源及缓冲、高速串行和并行接口。ad7606采用5v单电源供电，不再需要正负双电源，并支持±10v或±5v的双极性信号输入。所有通道均能以高达200ksps的速率进行采样，同时输入端箝位保护电路可以承受最高达±16.5v的电压。

目前ad7606已广泛应用于电力线路检测和保护系统、多项电机控制、仪器仪表和控制系统、多轴定位系统核数据采集系统（das）。

 图 1

图 2

 

图 3

 图 4 

2 zynq soc在能源电力领域方案优势

(1) 采用xilinx zynq-7000 soc高性能低功耗处理器，集成ps端单核/双核arm cortex-a9 pl端artix-7架构可编程逻辑资源。

(2) 可通过pl端artix-7架构可编程逻辑资源按需扩展外部功能接口，只要资源满足，理论上无数量限制。典型应用：can(4路)、千兆以太网(2路)、百兆以太网(4路)、uart(12路)、spi(5路)，特别是可通过外接多片ad芯片(ad7606/ad7616)，实现16/32/64路ad同步采样。

(3) openamp框架可实现双核arm cortex-a9非对称使用方案，从而使双核arm实现分别跑两个系统：一个arm cortex-a9跑linux，一个arm cortex-a9作为实时核跑rtos（freertos）或者裸机。实时核与fpga端进行低延时的高速数据交换与实时通讯控制，从而满足低延时的实时任务要求。而跑linux的 arm核作为更上层应用，处理更复杂的业务事务。

可点击下方图片了解详情 

(4) 外部可扩展lcd显示与触摸屏控制，分辨率支持2048*2048，支持1080p高清视频播放与hdmi视频输出，满足多种屏幕与人机交互的功能需求；

 

3 ad7606在zynq平台的应用

创龙科技在zynq-7000、omap-l138/c6748/f2837x spartan-6等平台均提供了ad7606的开发案例。

创龙科技基于zynq-7010/7020处理器设计的工业评估板tlz7x-easyevm-s，它由核心板 底板构成。用户使用核心板进行二次开发时，仅需专注上层运用，降低了开发难度和时间成本，可快速进行产品方案评估与技术预研。

图 5 tlz7x-easyevm-s评估板（邮票孔）

图 6 tlz7x-easyevm评估板

本文以zynq-7000工业评估板tlz7x-easyevm-s为例，讲解ad7606_fft例程。

3.1 功能说明

pl端采集ad7606的8通道ad信号，采样率为200ksps，并通过dma ip核将数据缓存到ps端ddr中（每通道各采样4096个点），再通过fft ip核将数据进行fft运算，然后将fft运算结果保存到ps端ddr中，最后通过ila显示第一个通道的原始波形和fft运算结果波形。

备注：由于本案例消耗逻辑资源较多，因此本案例不支持xc7z010，仅支持xc7z020。

3.2 案例框图

 

图 7

点击block design开发界面下的"address editor"选项，可查看ip核分配的地址，ps端可通过对应地址对ip核进行控制。

图8

 

3.3 ad7606模块

该模块控制ad7606对8通道ad信号按200k采样率进行采集，并将数据通过axi4-stream接口进行发送。

图 9

 

进入block design开发界面，双击模块框图，可查看模块的具体配置信息。采样率为200ksps，模块工作时钟为50mhz。

 

图 10

 

备注：模块、ip核简介可扫描文末二维码下载详细资料。

3.4 案例测试

将tlp2p-pinboard转接板接到评估板con8接口，再将ad模块tl7606p与转接板连接。

 

图 11

 

进入评估板文件系统，执行如下命令配置ps-pl电平转换寄存器。

target#  devmem 0xf8000900 w 0xf 

图 12

 

使用下载器加载pl端程序以及和pl端程序同目录下的.ltx文件。

 图 13

 

在ila_1的trigger setup窗口点击按钮，双击axi_dma_0_m_axis_mm2s_tvalid将其添加为触发信号。

图 14

 

将value的值改成r，设置为上升沿触发。

 图 15

 

右击channel_1_data[15:0]，点击“waveform style -> analog”将通道1的原始信号设置为模拟波形。

图 16

 

右击channel_1_data[15:0]，点击“radix -> signed decimal”设置数据为有符号类型。

图 17

 

参考上面的步骤，在ila_2将axi_dma_1_m_axis_mm2s_tvalid添加为触发信号，设置为上升沿触发，将fft ip核输出数据的实部和虚部信号分别设置为模拟波形，并设数据为有符号类型。

图 18

图 19

 

使用信号发生源向tl7606p模块的8个通道分别输入信号，本案例测试的输入信号是频率为2khz、峰峰值为3.3vpp的正弦波。

将案例“sw\linux_system\image\”目录下所有脚本文件拷贝至评估板文件系统。执行如下命令使能axi_dma_0的s2mm通道，将数据采集到ps端ddr中。

target#  ./axi_dma_0_ad7606_to_ddr.sh

执行如下命令使能axi_dma_1的s2mm通道（fft转换后数据保存到ps端ddr），等待fft ip核工作。

target#  ./axi_dma_1_fft_to_ddr.sh

执行如下命令使能axi_dma_0的mm2s通道，把原始数据从ddr送到fft ip核。

target#  ./axi_dma_0_ddr_to_fft.sh

执行如下命令使能axi_dma_1的mm2s通道，把fft转换后的数据从ddr送到ila显示。

target#  ./axi_dma_1_ddr_to_ila.sh

 

图 20

 

axi_dma_0_ad7606_to_ddr.sh

配置axi_dma_0的s2mm通道，将数据传输到ddr。

 

图 21

 

配置好dma后，配置axi gpio输出1，设置adc_enable为1，使能adc转换。需确保dma已配置好，再使能adc转换并进行数据传输。

 

图 22

 

axi_dma_0_ddr_to_fft.sh

配置axi_dma_0的mm2s通道，将ddr中的数据通过axi4-stream发送给fft ip核。 

 

图 23

 

ila_1原始波形

输入信号是频率为2khz、峰峰值为3.3vpp（电压幅值为1.65v）的正弦波。一共4096个采样点，每个采样点4个时钟周期，即4096=16384/4。

图 24

 

图 25

波峰值为 10729，波谷值为-10794，峰峰值=(10729 10794)/(2^16)x10v≈3.2841v，采样范围为±5v。

图 26 波峰值

 

图 27 波谷值

 

ila_2 fft波形

channel_1_fft_im_dout为虚部，channel_1_fft_re_dout为实部。

 

图 28

 

频率计算

fft变换点数n=4096，ad采样率fs为200ksps。某点n所表示的频率fn=(n-1)*(fs/n)(n>=1)。当n=1时，fn为0，由于第一点表示的是直流分量，因此频率为0，幅值也为0，该正弦波无直流分量。

从下图可知，在第164个周期（即第42个采样点）处出现信号，则信号频率fn=(42-1)*(fs/n)=41*200khz/4096=2001.95hz，与原始信号频率2khz基本一致。

图 29

幅值（波峰值）计算

某个点的幅值an=(根号(实部^2 虚部^2))*压缩倍数/(n/2)，则信号幅值an=(根号(4448^2 3008^2))x4096/4096x2≈10739.23，信号电压幅值=10739.23/(2^16/2)x5v≈1.64v，与原始信号电压幅值1.65v基本一致。

查看原始数据

每个采样点32bit（包括实部和虚部），每个通道的数据的地址依次递增，从地址0x19000000开始。

target#devmem 0x19000000    //查看v1通道原始数据

target#devmem 0x19000004    //查看v2通道原始数据

target#devmem 0x19000008    //查看v3通道原始数据

target#devmem 0x1900000c    //查看v4通道原始数据

target#devmem 0x19000010    //查看v5通道原始数据

target#devmem 0x19000014    //查看v6通道原始数据

target#devmem 0x19000018    //查看v7通道原始数据

target#devmem 0x1900001c    //查看v8通道原始数据

 

图 30 查看v1通道原始数据

 

查看fft数据

每个采样点32bit（包括实部和虚部），每个通道的数据的地址依次递增，从地址0x19100000开始。

target#devmem 0x19100000    //查看v1通道fft数据

target#devmem 0x19100004    //查看v2通道fft数据

target#devmem 0x19100008    //查看v3通道fft数据

target#devmem 0x1910000c    //查看v4通道fft数据

target#devmem 0x19100010    //查看v5通道fft数据

target#devmem 0x19100014    //查看v6通道fft数据

target#devmem 0x19100018    //查看v7通道fft数据

target#devmem 0x1910001c    //查看v8通道fft数据

 

图 31 查看v1通道fft数据

 

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