高精度AD转换器AD7864与DSP接口设计与实现

1、高精度a/d转换器ad7864与dsp接口设计与实现摘 要 详细介绍了高精度4通道同步采样a/d转换器ad7864的特点和工作方式，以及ad7864与dsp外部存储器接口进行异步数据通信的控制方法。给出ad7864与tms320c6711的接口电路，详细介绍了工作过程，最后给出了ad7864与tms320c6711接口软件编程实现。关键词 ad7864；dsp ；emif ；接口 design and implementation of interface between dsp and high precision a/d converter ad7864 mu hong-de wang j

2、un-feng shi tie-lin(huazhong university of science & technology, wuhan 430074, china)abstract this paper describes the feature and principle of ad7864,which is a 4-channel,simultaneous sampling,high speed and low power12-bit adc.explains the control method of asynchronous data communication betw

3、een ad7864 and emif of dsp.gives the interface design between ad7864 and tms320c6711,including interface circuit and software implementation.keywords ad7864；dsp；emif；interface中图分类号：tn79 文献标识码：b0 引言在对激光束进行位置测量时，需要同时采集多路信号，如测量激光束的位置信息和角度信息，再通过一定的算法计算来确定激光束的位置偏差情况。在这个过程中，多路信号同时采样对整个测量系统的精度有着很重要的意义。一般的a

4、/d转换器内部只有一个采样保持器，若要实现多路同时采样，或者使用多个a/d转换器，或者加额外的采样保持器。ad7864却可以直接适应这个需求，它是4通道同时采样的高精度a/d转换器，高速并行输出接口与dsp芯片tms320c6711的外部存储器接口直接相连，此方案实现对多路信号精确测量，具有精度高，电路结构简单，系统功耗低的特点。1 ad7864的特点、结构和工作方式1.1 ad7864的特点ad7864是美国模拟器件公司生产的一款高精度、高采样频率、低功耗的信号采集芯片，分辨率为12位，可实现4通道同时采样。ad7846的转换时间为1.65 µs/ch，采样保持时间为0.35 &#

5、181;s，单通道最高采样频率为500 ksps。若四通道同时采样，每通道最高采样频率可达130 ksps。信号输出采用12位高速并行数据输出接口，不需要电平转换等处理，可直接连接mcu。通道选择可以通过硬件或软件实现。数据转换和读取可以选用内部时钟模式或外部时钟模式。信号输入范围很宽：±10 v，±5 v（ad7864-1型）；0 v2.5 v，05（ad7864-2型）；±2.5 v（ad7864-3型），而且具有电压过载保护功能。由+5 v单电源供电，功耗低达90 mw，省电模式下可低达20 µw，可方便用于便携式设备和电池供电设备。1.2 内部结

6、构和引脚配置ad7864内部集成12位逐次逼近式adc、4个采样保持器、多路转换器器和锁存器、内部晶振时钟、输出数据寄存器、2.5 v参考电压、缓冲器和电阻网络等。结构框图如图1所示。 图1 ad7864 结构框图ad7864采用44引脚mqfp封装，引脚包括控制引脚、数字输出并口引脚、模拟输入引脚和电源引脚等，其中关键控制引脚的功能说明如下：busy：busy输出信号。/convst信号的上升沿触发busy信号为高电平，并保持高电平直到所选择通道的转换完成。/convst：采样启动输入信号。启动所选择的通道开始采样。 /cs：芯片选择片选输入信号。低电平有效，当输入信号有效时，芯片被选通。/

7、rd：读输入信号。低电平有效，通过/cs和/rd联合控制可以读出转换后的数据。在执行读操作时，要保证/wr引脚为逻辑高电平。 /wr：写输入信号。/wr的上升沿，同时/cs低电平、/rd高电平，这时将db0到db3的逻辑状态锁存到通道选择寄存器。sl1sl4：硬件通道选择。当/h/s sel为逻辑0，通过sl1sl4电平来控制转换通道。 /h/s sel：硬/软件选择输入。当引脚电平为逻辑0，ad7864的转换顺序由sl1sl4输入来控制。当引脚电平为逻辑1，转换顺序通过通道选择寄存器来控制。/int/ext clk：内部/外部时钟选择输入。当这个引脚电平为逻辑0，ad7864应用它内部产生主

8、控时钟。当这个引脚为逻辑1，主控时钟由外部器件来产生。./eoc：转换结束信号.。低电平有效，每次转换结束在这个引脚产生一个下降沿。1.3 工作方式1.3.1 时钟模式ad7864通过引脚/int/ext clk来决定工作在内部时钟模式还是外部时钟模式。内部时钟模式可最优化ad7864的特性，内部时钟模式的转换时间为1.65 µs，采样频率可达到最高。而外部时钟模式的最高时钟频率是5 mhz，转换时间为2.6 µs。 然而，外部时钟模式也具备一定的优点。例如，通过使用同样的外部时钟来实现2个或者更多的ad7864同步采样和转换。1.3.2 通道选择ad7864可以选择vin

9、1到vin4这4个通道的任意子集来进行数据转换，被选择的通道按升序排列进行转换。转换顺序可以通过硬件通道选择引脚（sl1到sl4）或可编程通道选择寄存器来实现。当/convst变成逻辑高时，硬件通道选择引脚上的高电平或者通道选择寄存器的逻辑1确定相应的模拟通道转换顺序（见图1）。1.3.3 数据转换和读取 处理器读取ad7864转换后的数据有两种方法：转换中读取和转换后读取。前者是在下一个通道转换完之前读取前一个通道的数据。后者则是在所有通道都转换完读取数据。 转换中读取数据芯片可以达到最高的数据吞吐率。其具体工作过程如下：一次转换从转换起始信号/convst的上升沿开始，4个采样保持器同时处

10、于保持状态，1.65µs后，得到转换顺序中第一个通道的数据，每个通道的转换都有1.65µs的间隔。/eoc信号的下降沿便是每次转换的结束。busy输出信号表示所有选择通道转换都完成。每次/eoc信号变成低电平，执行一次读操作。转换后读取数据的具体工作过程如下：当转换起始信号/convst上升沿时，4个采样保持器进入保持状态，开始对选择的通道采样。同时，busy输出信号被触发为高电平，并在转换过程中一直保持为高，当全部通道转换结束后，才变为低电平。/eoc信号在每一个通道转换结束时均有效。全部通道转换后的数据保存在ad7864内部相应的锁存器中。全部通道转换结束后，当片选信号

11、和读信号有效时，就可以按照转换顺序从数据总线上并行读取数据。2 dsp外部存储器接口emif特点与结构tms320c6711是ti公司的新一代高性能32位浮点型数字信号处理器，主频可达150 mhz。dsp访问片外存储器时必须通过外部存储器接口（emif），emif不仅具有很高的数据吞吐率（最高可达1200mb/s），而且可以与目前几乎所有类型的存储器直接接口。emif的异步接口提供4个控制信号，如表1所示。这4个控制信号可以通过不同的组合（并非都需要）实现与不同类型异步器件的无缝接口。emif的cexctl寄存器负责设置异步读/写操作的接口时序，可以满足对不同速度的异步器件的存取。表1 em

12、if 异步接口信号emif异步接口信号用途/功能/aoe输出允许，在整个读周期中有效/awe写允许，在写周期中触发阶段保持有效/are读允许，在读周期中触发阶段保持有效ardyready信号，插入等待3 ad7864和tms320c6711硬件接口设计图2为tms320c6711与ad7864接口示意图，cd74hct154是的一个416译码器，使/e1和/e2均为低电平选通译码器，进而可实现外部设备（如ad，da，ram等）对dsp的emif的复用。译码器由emif的/ce3选通，将emif地址线低4位a3:0的输入数据译码为16个选通信号。其中/y0和/y1分别连接ad7864的转换起始信

13、号/convst和片选信号/cs。读使能信号/rd连接在emif的/are，写使能信号/wr连接在emif的/awe，ad7864转换结果12位并行数据传送给emif数据总线的低12位ed11:0。状态信号busy连接到 图2 ad7864与tms320c6711接口示意图dsp的外部中断ext_int4引脚，触发dsp外部中断，读取并行数据。/h/s sel接高电平，通过软件选择通道。/int/ext clk接低电平，采用内部时钟模式。四个模拟通道输入引脚连接如图2所示，每个通道信号的输入范围定为05 v。数据采集和转换的工作过程如下：1.置片选信号/cs和写使能信号/wr为低电平，将通道选

14、择信息写入通道选择寄存器。2.置转换起始信号/convst为低电平，ad7864先锁存选择的通道选择寄存器内的数据，并开始对选择的通道进行数据转换，这时busy保持高电平。3.数据转换完成后，busy信号由高电平变为低电平，并在其下降沿触发dsp外部中断ext_int4，然后将片选信号/cs和读使能信号/rd同时设置为低电平，读取数据。4 软件流程对ad7864的控制由运行在dsp上的软件完成。软件的流程总体上分为通道选择、转换数据和读取数据等部分。#define addr_beam_sensor_enable 0xb0000001#define addr_beam_select_and_da

15、ta 0xb0000002void parallel_ad (short channelno)short enabled=1;short a,b;*(unsigned volatile char *)addr_beam_select_and_data=channelno;/* /cs、/wr选通，将通道编号写入到数据寄存器地址 */*(unsigned volatile short *)addr_beam_sensor_enable= enabled;/* /convst选通，开始转换数据 */a=*(unsigned volatile char *)addr_beam_select_and_

16、data;/* /cs、/rd选通，将转换后的数据存放到预定的16位地址*/b=a&0x0fff;/* 16位数据中的低12位有效 */ 5 结束语本文详细介绍了adi公司的高精度a/d转换器ad7864的结构、特点和工作方式，给出ad7864与dsp的emif的并行通讯接口设计及c语言实现的代码，此方案已成功应用到一套激光束测量系统。参考文献：14-channel,simultaneous sampling,high speed,12-bit adc ad7864. analog devices inc.20042张雄伟.dsp芯片的原理与开发应用（第2版）m.电子工业出版社，200

17、03李方慧,王飞,何佩琨.tms320c6000系列dsps原理与应用（第2版）m.电子工业出版社,20034tms230c6711 floating-point digital sigal processor，texas instruments inc,1999作者简介：穆洪德（1980-），男，满族，硕士研究生，机械电子工程专业，主要从事嵌入式控制系统、信号采集与处理等方面的研究。王峻峰（1964-），男，汉族，副教授，机械电子工程专业，主要从事故障诊断、信号分析处理及嵌入式控制系统等方面的研究。史铁林（1964-），男，汉族，教授，博士生导师，机械电子工程专业，主要从事故障诊断，人工智能、微机电系统等方面的研究。mu hong-de, male, born in 1980, man, master, mechanical electronics specialty. now engaged in embedded control system, signal sampling and processing.wang jun-feng, male, born in 1964, han, associate professor, mechanical electronics specialty. now engaged in fault diagnoses, s