高精度AD轉(zhuǎn)換器AD7864與DSP的接口及應(yīng)用

朱志清

(國營第785廠，山西太原030024)

近年來模數(shù)轉(zhuǎn)換器制造技術(shù)發(fā)展十分迅速，低成本、高精度和高速度的ADC新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。高速度、高采樣速率的12位ADC在各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用已十分常見。隨著逐次逼近式A/D技術(shù)的發(fā)展，A/D在高速高精度的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用上有更出色的表現(xiàn)。在伺服控制系統(tǒng)中伺服控制器需對(duì)采集到的電流及電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再通過一定的算法來確定被控裝置的位置。在這個(gè)過程中，兩路信號(hào)同時(shí)采樣轉(zhuǎn)換對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的精度有著很重要的意義。AD7864可以直接適應(yīng)這個(gè)需求，它是4通道同時(shí)采樣的高精度A/D轉(zhuǎn)換器，高速并行輸出接口與DSP芯片TMS320F2812直接相連，從而實(shí)現(xiàn)電流電壓兩路信號(hào)同時(shí)采樣轉(zhuǎn)換。

1 AD7864的特點(diǎn)

AD7864是一款高速低功耗四通道同步采樣單5 V供電的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它包含一個(gè)1.65 μs逐次逼近ADC，四采樣保持放大器，2.5 V電壓參考，時(shí)鐘振蕩器，信號(hào)調(diào)理電路和一高速并行接口，它可以同步采樣四路通道的輸入信號(hào)以保持四路模擬輸入的相對(duì)狀態(tài)信息。AD7864可以接受的輸入信號(hào)范圍為:AD7864-1型為±10 V，±5 V;AD7864-2型為0～2.5 V，0～5 V;AD7864-3 型為 ±2.5 V。模擬輸入的過電壓保護(hù)可以允許輸入電壓分別達(dá)到±20 V，+20 V/－1 V，+20/－5 V而對(duì)器件不產(chǎn)生損害或影響。通道選擇可以通過軟件或硬件進(jìn)行選擇。功耗低達(dá)90 mW，省電模式下可達(dá)20 μW。AD7864四通道同時(shí)工作時(shí)，最大采樣率可以高達(dá)130 kHz。AD7864具有片內(nèi)時(shí)鐘、讀寫允許邏輯、多種通道選擇方式及內(nèi)部精確的2.5 V參考電壓，這使得其與高速處理器的接口變得非常簡單。

2 AD7864的工作原理

AD7864轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀取有兩種方法，即轉(zhuǎn)換中讀取數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換中讀取數(shù)據(jù)是在下一個(gè)通道轉(zhuǎn)換結(jié)束之前讀取前一個(gè)通道的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)是在全部通道均轉(zhuǎn)換結(jié)束后，才讀取數(shù)據(jù)。

轉(zhuǎn)換中讀取數(shù)據(jù)芯片可以達(dá)到最高的數(shù)據(jù)吞吐率。其具體工作過程如下:一次轉(zhuǎn)換從轉(zhuǎn)換起始信號(hào)/CONVST的上升沿開始，4個(gè)采樣保持器進(jìn)入保持狀態(tài)，1.65 μs后，得到轉(zhuǎn)換順序中第一個(gè)通道的數(shù)據(jù)，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換都有1.65 μs的間隔./EOC信號(hào)的下降沿便是每次轉(zhuǎn)換的結(jié)束。BUSY輸出信號(hào)表示所有選擇通道轉(zhuǎn)換都完成。每次/EOC信號(hào)變成低電平，執(zhí)行一次讀操作。

轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù)的具體工作過程如下:當(dāng)轉(zhuǎn)換起始信號(hào)/CONVST上升沿時(shí)，4個(gè)采樣保持器進(jìn)入保持狀態(tài)，開始對(duì)選擇的通道采樣。同時(shí)，BUSY輸出信號(hào)被觸發(fā)為高電平，并在轉(zhuǎn)換過程中一直保持為高，當(dāng)全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，才變?yōu)榈碗娖健?EOC信號(hào)在每一個(gè)通道轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)均有效。全部通道轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)保存在AD7864內(nèi)部相應(yīng)的鎖存器中。全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，當(dāng)片選信號(hào)和讀信號(hào)有效時(shí)，就可以按照轉(zhuǎn)換順序從數(shù)據(jù)總線上并行讀取數(shù)據(jù)。

3 DSP與AD7864的接口及應(yīng)用

考慮到本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中要求的工作電壓、轉(zhuǎn)換速度以及系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的便利等因素，在硬件系統(tǒng)中選用AD7864-2。DSP選用TI公司的TMS320F2812。

3.1 DSP與AD7864的接口電路

本系統(tǒng)用DSP擴(kuò)展兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，分別采集工作電流與工作電壓信號(hào)(0 V～5 V)，經(jīng)線性光隔HCNR201送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS7864進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，對(duì)ADS7864的數(shù)據(jù)采用74LVC4245電平轉(zhuǎn)換(5 V與3.3 V之間)后接入DSP。DSP與AD7864接口電路圖見圖1。

線性光隔HCNR201可較好地實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的隔離，隔離電壓峰值達(dá)8 000 V;輸出跟隨輸入變化，線性度達(dá)0.01%。

通過將/HOLDX引腳拉低并保持最少15 ns，可啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換，/BUSY輸出端則變成低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后/BUSY變高。將/RD和/CS都拉低，則在轉(zhuǎn)換完成后可將數(shù)據(jù)從并行輸出總線讀出。

ADS7864接入8M 的外部時(shí)鐘，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1.65 μs，相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集時(shí)間為0.35 μs，可以達(dá)到最高輸出速率500 kHz。

3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計(jì)

DSP采樣程序設(shè)計(jì)采用C++語言編程的方式。在本系統(tǒng)中，采用了同時(shí)采樣模式，同時(shí)采樣ADCINA0和ADCINA1，當(dāng)BUSY信號(hào)有效時(shí)，DSP控制A0和A1通道開始進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后在CS和RD有效時(shí)，數(shù)據(jù)可以通過并行接口讀出。

圖1 DSP與AD7864接口電路圖

圖2 DSP讀取AD7864數(shù)據(jù)的流程圖

具體程序如下:

//讀AD7864數(shù)據(jù)

#include"DSP28_Device.h"

extern unsigned int dy，dl;

RAD()

{

unsigned int* RADAddress= (unsigned int* )

0x002000; while(!GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB7);

//BUSY_AD7864

GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB3=1; //HOLD_AD7864

GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB3=0;GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB3=1;

while(GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB7);

while(!GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB7); //BUSY_AD7864

GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB3=1; //HOLD_AD7864

GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB3=0;

GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB3=1;

dl=* (RADAddress+0);

dy=* (RADAddress+1);

}

4 結(jié)束語

在伺服控制系統(tǒng)中，采用高精度、高速度、低功耗的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7864對(duì)電流電壓進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，實(shí)踐證明，該電路具有良好的轉(zhuǎn)換精度，運(yùn)行穩(wěn)定，完全能滿足該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的速度和精度要求。

［1］萬山明.TMS320F281X DSP原理及應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

［2］智澤英，楊晉嶺，劉輝.DSP控制技術(shù)實(shí)踐［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［3］4-Channel，Simultaneous Sampling，High Speed，12-Bit ADC AD7864 Analog Devices Inc［Z］.2004.