基于CS5321與CS5322的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

∑一△A/D轉換技術以其高分辨率和大的動態(tài)范圍在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到了廣泛應用：但∑一△A/D轉換器通常采用串行傳輸，因此由它實現(xiàn)的采集系統(tǒng)大多包含串并轉換單元。為了達到系統(tǒng)設計簡化，降低系統(tǒng)成本的目的，探討一種直接用串行傳輸?shù)亩嗤ǖ?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)">數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方法十分有必要。

采用∑一△A/D有三個優(yōu)點：第一是∑一△A/D轉換器的前端無需設置大陡度的抗混疊模擬濾波器，也無需設置采樣保持電路；其次，由于∑一△A/D可直接對大動態(tài)范圍的模擬信號進行高精度的轉換，無需加上程控放大器；最后，由于∑一△A/D一般都采用串行方式進行數(shù)據(jù)傳輸，如果系統(tǒng)設計得當?shù)脑?，接口電路將會非常簡潔?/P>

CS5321和CS5322分別是∑一△調(diào)制器和可編程多級FIR線性相位數(shù)字抽取濾波器。二者結合，可得到24位高精度A/D轉換器系統(tǒng)，它們的接口電路如圖1所示。CS532

根據(jù)CS5321和CS5322的這些特點，在選擇系統(tǒng)的中央處理及控制單元的時候，最好選擇字長為32位的帶有串行口的DSP或其他的微處理器。

1 系統(tǒng)的總體接口

基于以上介紹及整個系統(tǒng)采用串行傳輸?shù)目紤]，采集系統(tǒng)的總體接口框圖如圖2所示。

由圖1可見，多通道模擬信號先經(jīng)過前置放大器送到各自的∑一△A/D轉換器，得到的多通道數(shù)字信號在多路控制電路的作用下，通過串行口傳輸?shù)街醒胩幚砜刂茊卧?，?jīng)過適當?shù)奶幚砗罂梢运腿氪鎯ζ髦写鎯ΑＵ麄€系統(tǒng)設計的關鍵在于多通道的串行口接口設計，下面予以介紹。

2 多通道串行接口的設計原理與實現(xiàn)

由前面介紹可知，CS5322輸出為24位串行比特流，只需要加入少量的多路控制邏輯，就能夠?qū)崿F(xiàn)多通道的A/D轉換器與DSP的直接連接，幾乎不需要加入其他的任何接口邏輯電路。下面從分析∑一△A/D轉換器的工作時序開始，詳細介紹該采集系統(tǒng)的原理及具體實現(xiàn)。

2.1 ∑一△A/D轉換器的串口讀操作時序

由CS5321/CS5322組成的∑一△A/D轉換器的串行口讀操作時序如圖3所示。

當CS5321/CS5322的輸入時鐘(CLKIN)為1 MHz時，調(diào)制器(CS5321)輸出速率為256 Kb/s的串行抽樣比特流。通過對CS5322的抽取率控制位(DECC、DECB、DECA)的不同賦值，可以產(chǎn)生7種不同的輸出字率(即采樣頻率)，字長為24位。CS5322的初始化可以通過軟件編程，也可以通過硬件直接置位完成。具體采用哪種方法，可以根據(jù)系統(tǒng)的需要來選擇。

CS5322 的 DRDY為數(shù)據(jù)準備好信號引腳。當DRDY為高電平時，表示CS5321/CS5322組成的∑一△A/D轉換器已經(jīng)進行完一次轉換，并已由CS5322將數(shù)據(jù)在其輸出緩沖器中準備好，數(shù)據(jù)可以從串行口輸出。CS5322中讀操作控制插針有CS、R/W、SCLK、SOD。當CS=O且R/W=1時，串行口處于讀操作有效。RSEL引腳用來選擇串口輸出的是數(shù)據(jù)緩沖器，還是狀態(tài)緩沖器的數(shù)據(jù)，SOD為串行數(shù)據(jù)輸出插針。當讀狀態(tài)被選擇后，不管SCLK是高電平還是低電平，第一位輸出數(shù)據(jù)都會在SOD插針出現(xiàn)，并且在SCLK的下降沿終止。第一個SCLK下降沿后，每一個SCLK的上升沿從SOD引腳輸出一位數(shù)據(jù)。輸出的位流順序為高位(MSB)在前低位(LSB)在后。

 2．2 多通道串行接口的原理

通過以上對CS5322的串行讀操作時序的分析，可以得到利用CS5321/CS5322實現(xiàn)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳統(tǒng)方案。以M通道為例，系統(tǒng)的框圖如圖4所示。

在由CS5321/CS5322組成的∑一△A/D轉換器的多通道采集系統(tǒng)中，傳統(tǒng)方案如圖4所示。通過控制器輪流接通各道的DRDY信號，在DRDY為高電平時各道輪流從SOD引腳將數(shù)據(jù)輸出到控制器。由CS5321/CS5322所組成的∑一△A/D轉換器的采樣率，由DECC、DECB、DECA三位設定，可以為62．5 Hz～4 kHz等7種。對應每一種采樣率，所要求的移位時鐘(SCLK)的最低頻率fmin=fs