天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院,曹玉珍,陳敏

1引言

模／數(shù)轉(zhuǎn)換是現(xiàn)代測(cè)控電路中非常重要的環(huán)節(jié),它有并行和串行兩種數(shù)據(jù)輸出形式。目前,模／數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC已被做成大規(guī)模集成電路,并有多種型號(hào)和種類可供選擇。本文介紹了AD7654的性能特點(diǎn),并設(shè)計(jì)了AD7654與單片機(jī)ADuC848的接口電路,同時(shí)給出了軟件流程和相應(yīng)的匯編源程序。

2 AD7654的性能特點(diǎn)和工作原理

AD7654是ADI公司推出的一種低功耗、四通道、電荷再分布式高速A／D轉(zhuǎn)換器,該A／D轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是：16位分辨率且無漏失碼;0 V～5 V模擬輸入范圍;SPI／OSPI／Microwire／DSP兼容;兩個(gè)允許同步采樣的低噪音、高帶寬跟蹤／保持放大器;功耗典型值為120 mW;可提供串行和并行兩種輸出接口,給予用戶靈活的選擇。串行A／D轉(zhuǎn)換的速率很高。并且具有體積小、功耗低、占用單片機(jī)口線少的優(yōu)點(diǎn),文中采用串行模式設(shè)計(jì)電路,有關(guān)引腳說明如下：

A0：轉(zhuǎn)換通道選擇;

A/B：高電平時(shí),先輸出A通道轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)再輸出B通道轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),低電平反之;

SER/PAR：串行／并行模式選擇。低電平為并行模式。高電平為串行模式;

EXT/INT：高電平時(shí)選擇外部時(shí)鐘。低電平時(shí)選擇內(nèi)部時(shí)鐘：

SDOUT：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出位;

SCLK：串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入或輸出(取決于EXT／INT的邏輯狀態(tài));

CNVST：開始轉(zhuǎn)換。CNVST的下降沿使內(nèi)部采樣保持進(jìn)入保持狀態(tài)并開始轉(zhuǎn)換：

BUSY：正在轉(zhuǎn)換標(biāo)志;

EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志。

AD7654的轉(zhuǎn)換過程由CNVST下降沿啟動(dòng),轉(zhuǎn)換啟動(dòng)與CS和RD信號(hào)狀態(tài)無關(guān),A0引腳控制轉(zhuǎn)換通道的選擇。在轉(zhuǎn)換結(jié)束之前,即使掉電轉(zhuǎn)換也不會(huì)重新開始或終止。轉(zhuǎn)換進(jìn)行過程中,BUSY變?yōu)楦唠娖?EOC也為高電平,EOC在每一個(gè)通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后變?yōu)榈碗娖?而BUSY線在兩個(gè)通道轉(zhuǎn)換全部結(jié)束后才變?yōu)榈碗娖?轉(zhuǎn)換的32位數(shù)據(jù)可以從SDOUT上讀出。轉(zhuǎn)換時(shí)序圖如圖1所示。AD7654有串行和并行兩種接口方式,每種接口方式又有主從兩種模式,本文介紹其串行接口下從模式的硬件和軟件設(shè)計(jì)。

3 AD7654與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中,單片機(jī)選用ADI的ADuC848．具體的接口電路如圖2所示。筆者設(shè)計(jì)AD7654工作在串行從模式下,因此其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和讀取都需要微處理器ADuC848的控制．所需的高精度2．5 V基準(zhǔn)電壓由AD780提供,AD7654上所有的電源和地之間都需連接去耦電容器。因?yàn)锳DuC848的P1口只能作為輸入口,而P0口被USB接口器件占用,所以AD7654的控制引腳只能連接到單片機(jī)P2和P3口上的部分端口。在實(shí)驗(yàn)電路中,AD7654的SER／PAR和EXT／INT引腳直接由硬件置高電平,INVS-CLK由硬件置低電平,使ADC以串口方式工作．同時(shí)使數(shù)據(jù)輸出由外部時(shí)鐘控制。由于AD7654是兩個(gè)通道同時(shí)采樣,所以需要給A／B置位以控制數(shù)據(jù)的輸出順序。ADuC848的P2．5引腳接至AD7654的CNVST．這樣只需要通過單片機(jī)ADuCu848控制使P2．5產(chǎn)生一個(gè)寬度大于5 ns的負(fù)脈沖．該負(fù)脈沖的下降沿就可以啟動(dòng)ADC開始轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的時(shí)間約為2μs。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),BUSY引腳上的信號(hào)就會(huì)變成低電平,從而通知單片機(jī)可以開始讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù),由于實(shí)際AD7654轉(zhuǎn)換速度很快,因此BUSY線可以不用,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后可以直接讀取數(shù)據(jù)。在單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)前,需要通過P2．6和P3．4口給讀選通RD和片選CS置零。以使SDOUT上的數(shù)據(jù)有效。然后單片機(jī)通過P2．0(SCLK)引腳向AD7654發(fā)送8個(gè)時(shí)鐘脈沖,與此同時(shí)單片機(jī)就可以通過P2．2口從SDOUT上讀取8位轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。串行從模式下讀數(shù)據(jù)時(shí)序圖如圖3所示。

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