多通道模／數(shù)轉換器AD7890與DSP的接口設計

隨著工業(yè)技術進步，對數(shù)字控制伺服系統(tǒng)中執(zhí)行效率和集成化程度的要求越來越高。比如用單處理器控制多個伺服系統(tǒng)時，對多通道A／D轉換的效率要求較高。以往較多地使用多路模擬開關與單通道A／D轉換器來實現(xiàn)，效率較低，使用模擬開關帶來的噪聲也比較嚴重。在此，選用串行多通道A／D轉換器AD7890與TMS320F2812處理器的SPI接口組成A／D轉換模塊，非常適合應用于多軸伺服系統(tǒng)。AD7890是一款8通道12位串行A／D轉換器，具有高轉換效率(轉換時間僅為5．9μs)、高速靈活的串行接口、多通道等優(yōu)點。其中，AD7890-10輸入電壓范圍為-10～+10 V。TMS320F2812處理器上集成了多種先進的外設，為實現(xiàn)電機及其他運動控制領域的應用提供了良好的平臺，它所提供的SPI接口通常用于DSP處理器和外部設備及其他處理器之間的通信。SPI分主、從兩種工作方式，數(shù)據(jù)長度可編程(1～16 b)，并能同時進行接收和發(fā)送操作，通常用于DSP處理器和外部外設以及其他處理器之間的通信，這使它能很方便地與AD7890采用主／從模式進行通信。

1 AD7890工作模式和原理
AD7890的SMODE引腳是工作模式控制輸入端，它決定了器件是工作于外部時鐘模式(作為從設備)，還是內部時鐘模式(作為主設備)。當SMODE置于高電平時，器件工作在外部時鐘模式，由主設備提供時鐘信號SCLK和接收幀同步信號RFS，AD7890可接收的最大串行時鐘頻率達10 MHz；當SMODE置于低電平時，器件工作在內部時鐘模式，自身提供時鐘信號SCLK和接收幀同步信號RFS，其時鐘頻率由CLK引腳輸入時鐘頻率決定。本文以DSP作為主控制器，AD7890作為從設備，由DSP的SPI口提供串行時鐘。
AD7890通過片內高速雙向串行數(shù)據(jù)接口接收控制字和輸出轉換結果。通過向控制寄存器寫數(shù)據(jù)可以確定轉換通道、轉換開始信號等信息。其控制寄存器包含5位數(shù)據(jù)，因此至少需要6個SCLK脈沖才能完成對寄存器的寫操作。其中，A2，A1，A0分別為通道地址選擇最高位、次高位、最低位。通道選擇算法為：通道號=4A2+2A1+A2+1。發(fā)送數(shù)據(jù)的第5個SCLK脈沖下降沿過后的數(shù)據(jù)均為無效數(shù)據(jù)?？刂谱謱懭爰拇嫫骱?，器件即啟動內部延時脈沖，保證在轉換開始前跟蹤／保持器有足夠的時間來完成轉換通道的建立和切換。該延時脈沖寬度取決于引腳電容的CEXT值。一般引腳電容值取CEXT、120 pF或200 pF。據(jù)測試，此時延時脈沖寬度分別約為7．Oμs和9．6μs。向控制寄存器寫數(shù)據(jù)時CEXT，引腳電平由低變高，電容在第6個時鐘脈沖的下降沿開始放電，電壓降低至2．5 V以下時內部延時脈沖結束，同時A／D轉換開始，5．9μs后轉換結束。若此時串行讀操作已完成，且RFS已變高為高電平，則用新的轉換結果更新輸出寄存器。至此，一次A／D轉換結束。圖1為AD7890工作原理圖，從示波器獲取的圖片顯示了CEXT引腳電平、SCLK脈沖與A／D轉換過程時間的關系。