天津大學精密儀器與光電子工程學院,曹玉珍,陳敏

1引言

模／數轉換是現代測控電路中非常重要的環節,它有并行和串行兩種數據輸出形式。目前,模／數轉換器ADC已被做成大規模集成電路,并有多種型號和種類可供選擇。本文介紹了AD7654的性能特點,并設計了AD7654與單片機ADuC848的接口電路,同時給出了軟件流程和相應的匯編源程序。

2 AD7654的性能特點和工作原理

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轉換器,該A／D轉換器的主要特點是：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轉換的速率很高。并且具有體積小、功耗低、占用單片機口線少的優點,文中采用串行模式設計電路,有關引腳說明如下：

A0：轉換通道選擇;

A/B：高電平時,先輸出A通道轉換數據再輸出B通道轉換數據,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：高電平時選擇外部時鐘。低電平時選擇內部時鐘：

SDOUT：轉換數據輸出位;

SCLK：串行數據時鐘輸入或輸出(取決于EXT／INT的邏輯狀態);

CNVST：開始轉換。CNVST的下降沿使內部采樣保持進入保持狀態并開始轉換：

BUSY：正在轉換標志;

EOC：轉換結束標志。

AD7654的轉換過程由CNVST下降沿啟動,轉換啟動與CS和RD信號狀態無關,A0引腳控制轉換通道的選擇。在轉換結束之前,即使掉電轉換也不會重新開始或終止。轉換進行過程中,BUSY變為高電平,EOC也為高電平,EOC在每一個通道轉換結束后變為低電平,而BUSY線在兩個通道轉換全部結束后才變為低電平,轉換的32位數據可以從SDOUT上讀出。轉換時序圖如圖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計。

3 AD7654與單片機的接口電路設計

在本系統中,單片機選用ADI的ADuC848．具體的接口電路如圖2所示。筆者設計AD7654工作在串行從模式下,因此其數據的轉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。因為ADuC848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P2和P3口上的部分端口。在實驗電路中,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．同時使數據輸出由外部時鐘控制。由于AD7654是兩個通道同時采樣,所以需要給A／B置位以控制數據的輸出順序。ADuC848的P2．5引腳接至AD7654的CNVST．這樣只需要通過單片機ADuCu848控制使P2．5產生一個寬度大于5 ns的負脈沖．該負脈沖的下降沿就可以啟動ADC開始轉換,轉換的時間約為2μs。當轉換結束時,BUSY引腳上的信號就會變成低電平,從而通知單片機可以開始讀取轉換的數據,由于實際AD7654轉換速度很快,因此BUSY線可以不用,啟動轉換后可以直接讀取數據。在單片機讀取數據前,需要通過P2．6和P3．4口給讀選通RD和片選CS置零。以使SDOUT上的數據有效。然后單片機通過P2．0(SCLK)引腳向AD7654發送8個時鐘脈沖,與此同時單片機就可以通過P2．2口從SDOUT上讀取8位轉換的數據。串行從模式下讀數據時序圖如圖3所示。

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