用FIFO实现超声测厚系统A/D与ARM接口设计

　　在高频超声波数据采集系统中，很多高速 A／D转换器往往不能直接与处理器相连接，这时就需要使用FIFO在处理器与A／D转换器之间架一座桥梁，FIFO的先入先出特性可以方便缓存大量的数据块。在基于ARM的超声波测厚系统中，所用为1 MHz以上的高频超声波探头，测量数据经A／D转换后频率与ARM处理器的数据接收能力不匹配，因此需在A／D与ARM处理之间连接一个FIFO来解决以上问题。该设计选用AD公司的A／D芯片AD9283，FIFO选用Cyperss公司的CY7C4261，两者的最大采样频率都是100 MHz。ARM采用SAMSUNG公司的S3C2410处理器。三者都具有很强的外部接口能力，方便构成无缝连接，硬件接口电路简单，调试方便。

1 芯片选型

　　1．1 S3C2410处理器

　　S3C2410处理器是SAMSUNG公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，采用0．18μm制造工艺的32位微控制器。该处理器拥有：独立的16 KB指令Cache和16 KB数据CACHE，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的 Timer，I／O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，I2C-BUS接口，IIS-BUS接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。S3C2410是 16／32位RISC体系结构处理器，使用ARM920T CPU核的强大指令集，处理器最高可运行在203 MHz。

　　1．2 AD9283高速模数转换器

　　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。

　　1．3 FIFO存储器CY7C4261

　　FIFO存储器作为A／D与ARM之间的桥梁，其参数指标直接影响数据的采集速度。首先，FIFO存储器的读／写速度要足够快，为方便调试，最好能和A／D器件的最大速度相一致；其次，FIFO存储器的存储容量要适宜，如果容量过大会造成资源浪费，如果容量过小会造成溢出或者数据采集速度过慢。

　　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。