AD7654性能知多少？基于單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)

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(lèi)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(wú)漏失碼;0 V～5V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120mW；可提供串行和并行兩種輸出接口，給予用戶(hù)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(xiàn)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(shuō)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(wú)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(kāi)始或終止。轉(zhuǎn)換進(jìn)行過(guò)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B(niǎo)USY線(xiàn)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(xiàn)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(guò)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(guò)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(guò)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。

該系統(tǒng)中微處理器ADuC848與A/D轉(zhuǎn)換器AD7654之間的數(shù)據(jù)傳送采用SPI(串行外設(shè)接口)方式。SCLOCK是主機(jī)的時(shí)鐘線(xiàn)，為MISO數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收提供同步時(shí)鐘信號(hào)。每一位數(shù)據(jù)的傳輸都需要1次時(shí)鐘作用，因而發(fā)送或接收1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)需要8個(gè)時(shí)鐘的作用。SPI有2個(gè)相關(guān)的寄存器：即 SPICON和SPIDAT，其中SPICON包含各種標(biāo)志位、使能位、方式位及時(shí)鐘位；另一個(gè)SPI寄存器是SPIDAT，對(duì)這一寄存器的寫(xiě)操作會(huì)使 SCLOCK產(chǎn)生8個(gè)時(shí)鐘脈沖，從高位開(kāi)始一位一位地發(fā)送數(shù)據(jù)。如果寫(xiě)操作發(fā)生在其他數(shù)據(jù)正在傳輸?shù)倪^(guò)程中，那么WCOL將置位。如果寫(xiě)操作進(jìn)行時(shí)沒(méi)有其他數(shù)據(jù)在傳輸，輸入字節(jié)保留在移位寄存器中，此時(shí)ISPI自動(dòng)置位(如果有中斷設(shè)置，則產(chǎn)生中斷)，移位寄存器的數(shù)據(jù)將被鎖存到SPIDAT中，此后對(duì) SPIDAT的讀操作將把數(shù)據(jù)讀出。SPI時(shí)序圖如圖4所示。