高速AD转换器AD7654与单片机接口电路设计详解.PDFVIP

高速 A／D 转换器 AD7654 与单片机接口电路设计 关键词：单片机，接口电路，模/数转换 模／数转换是现代测控电路中非常重要的环节，它有并行和串行两种数据输出形式。目前，模／数转换器 ADC 已被做成大规模集成电路，并有多种型号和种类可供选择。本文介绍了AD7654 的性能特点，并设计 了AD7654 与单片机 ADuC848 的接口电路，同时给出了软件流程和相应的汇编源程序。 2 AD7654 的性能特点和工作原理 AD7654 是 ADI 公司推出的一种低功耗、四通道、电荷再分布式高速 A ／D 转换器，该 A ／D 转换器的主 要特点是：16 位分辨率且无漏失码；0 V～5 V 模拟输入范围；SPI ／OSPI ／Microwire ／DSP 兼容；两个 允许同步采样的低噪音、高带宽跟踪／保持放大器；功耗典型值为 120 mW；可提供串行和并行两种输出 接口，给予用户灵活的选择。串行 A ／D 转换的速率很高。并且具有体积小、功耗低、占用单片机口线少 的优点，文中采用串行模式设计电路，有关引脚说明如下： A0 ：转换通道选择； A/B ：高电平时，先输出A 通道转换数据再输出 B 通道转换数据，低电平反之； SER/PAR：串行／并行模式选择。低电平为并行模式。高电平为串行模式； EXT/INT：高电平时选择外部时钟。低电平时选择内部时钟： SDOUT：转换数据输出位； SCLK：串行数据时钟输入或输出(取决于 EXT ／INT 的逻辑状态)； CNVST：开始转换。CNVST 的下降沿使内部采样保持进入保持状态并开始转换： BUSY：正在转换标志； EOC：转换结束标志。 AD7654 的转换过程由 CNVST 下降沿启动，转换启动与 CS 和 RD 信号状态无关，A0 引脚控制转换通道 的选择。在转换结束之前，即使掉电转换也不会重新开始或终止。转换进行过程中，BUSY 变为高电平， EOC 也为高电平，EOC 在每一个通道转换结束后变为低电平，而 BUSY 线在两个通道转换全部结束后才 变为低电平，转换的 32 位数据可以从 SDOUT 上读出。转换时序图如图 1 所示。AD7654 有串行和并行两 种接口方式，每种接口方式又有主从两种模式，本文介绍其串行接口下从模式的硬件和软件设计。 3 AD7654 与单片机的接口电路设计 在本系统中，单片机选用 ADI 的ADuC848 ．具体的接口电路如图2 所示。笔者设计 AD7654 工作在串行 从模式下，因此其数据的转换和读取都需要微处理器 ADuC848 的控制．所需的高精度2 ．5 V 基准电压由 AD780 提供，AD7654 上所有的电源和地之间都需连接去耦电容器。因为 ADuC848 的 P1 口只能作为输 入口，而 P0 口被USB 接口器件占用，所以 AD7654 的控制引脚只能连接到单片机 P2 和 P3 口上的部分 端口。在实验电路中，AD7654 的 SER ／PAR 和 EXT ／INT 引脚直接由硬件置高电平，INVS-CLK 由硬件 置低电平，使 ADC 以串口方式工作．同时使数据输出由外部时钟控制。由于AD7654 是两个通道同时采 样，所以需要给 A ／B 置位以控制数据的输出顺序。ADuC848 的 P2．5 引脚接至AD7654 的 CNVST．这 样只需要通过单片机 ADuCu848 控制使 P2．5 产生一个宽度大于 5 ns 的负脉冲．该负脉冲的下降沿就可 以启动ADC 开始转换，转换的时间约为 2μs 。当转换结束时，BUSY 引脚上的信号就会变成低电平，从而 通知单片机可以开始读取转换的数据，由于实际 AD7654 转换速度很快，因此 BUSY 线可以不用，启动转 换后可以直接读取数据。在单片机读取数据前，需要通过 P2．6 和 P3．4 口给读选通RD 和片选 CS 置零。 以使SDOUT 上的数据有效。然后单片机通过 P2．0(SCLK)引脚向AD7654 发送 8 个时钟脉冲，与此同时 单片机就可以通过 P2．2 口从SDOUT 上读取 8 位转换的数据。串行从模式下读数据时序图如图 3 所示。 该系统中微处理器 ADuC848 与 A ／D 转换器 AD7654 之间的数据传送采用 SPI( 串行外设接口)方式。 SCLOCK 是主机的时钟线，为 MISO 数据的发送和接收提供同步时钟信号。每一位数据的传输都需要 1 次 时钟作用，因而发送或接收 1 个字节的数据需要 8 个时钟的作用。SPI 有 2 个相关的寄存器：即 SPICON 和 SPIDAT，其中 SPICON 包含各种标志