多通道模／數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7890與DSP的接口設(shè)計(jì)

由于AD7890-10數(shù)據(jù)電平為5 V，而TMS320F2812的I／O所能承受的電壓最高為3．3 V，因此必須對(duì)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為I／0口可承受的電壓。把5 V電平轉(zhuǎn)為3．3 V電平有多種方法。常用的有兩種。一是選用專門的電平轉(zhuǎn)換器件，如TI公司的SN74I．VTHl6245；二是把A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過系統(tǒng)中CPLD的I／O口再輸出到DSP，前提是所選CPLD可承受輸入電壓為5 V，而輸出為3．3 V。本文采用后一種方法，選用的是Altera公司的EPM7128ST1100-10，給CPLD的I／O口供3．3 V電源即可滿足要求。將A／D數(shù)據(jù)通過一個(gè)CPLD的一個(gè)I／O口轉(zhuǎn)接，經(jīng)軟件進(jìn)行邏輯處理后輸出至DSP即可。需要注意的是，為避免噪聲干擾，AD7890的所有未用引腳不能懸空，必須接可承受范圍內(nèi)的固定電平。實(shí)驗(yàn)表明，特別是CLKIN引腳不能懸空，否則可能導(dǎo)致A／D轉(zhuǎn)換不能成功。對(duì)于AD7890-10，當(dāng)未使用的輸入通道電壓值低于-12 V時(shí)會(huì)對(duì)所選其他通道的轉(zhuǎn)換造成嚴(yán)重干擾。文中采取的方法是將外部時(shí)鐘輸入引腳SCLK與內(nèi)部時(shí)鐘輸入引腳CLKIN相連，可以有效去除干擾。

4 軟件讀寫實(shí)現(xiàn)
對(duì)于SPI接口而言，數(shù)據(jù)與串行時(shí)鐘脈沖是同時(shí)產(chǎn)生的，即只有數(shù)據(jù)線上有數(shù)據(jù)傳送時(shí)才產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。所以發(fā)送控制數(shù)據(jù)結(jié)束后，DSP收到的數(shù)據(jù)并不是真實(shí)的A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果，但需要讀取接收緩沖寄存器數(shù)據(jù)使SPI復(fù)位。多次實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于單次A／D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后需要再向AD7890發(fā)送2次空控制數(shù)據(jù)0x0000，之后DSP的SPI接收緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)才是正確的A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果，即每次A／D采樣循環(huán)需要進(jìn)行三次數(shù)據(jù)交換才能得到有效A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。采用查詢方式判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送結(jié)束，即SPI狀態(tài)寄存器SPIINT FLAG位為1時(shí)表示已完成數(shù)據(jù)發(fā)送。軟件實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換的流程框圖如圖4所示。

對(duì)于AD7890-10，A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)為二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，且包含通道數(shù)據(jù)，因此讀取結(jié)果后應(yīng)根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，包括屏蔽通道選擇數(shù)據(jù)和進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換等，以便換算成系統(tǒng)所需要的數(shù)字量。為便于處理，將-10～+10 V電壓對(duì)應(yīng)的碼值轉(zhuǎn)換為0～4 096。文中處理方法為：將轉(zhuǎn)換結(jié)果高四位通道數(shù)據(jù)屏蔽后，若A／D輸入為正電壓，則獲取低12位結(jié)果與0x0800相加得到處理后的數(shù)據(jù)；若A／D輸入為負(fù)電壓，則將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換成原碼后與0xF800作差獲取處理結(jié)果。
經(jīng)多次測(cè)試，得到A／D轉(zhuǎn)換子程序運(yùn)行時(shí)間(即一次A／D轉(zhuǎn)換總耗時(shí))與波特率對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

從表1中可以看出，為提高轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)在可承受范圍內(nèi)選擇盡可能高的波特率，但不應(yīng)超過AD7890-10的上限值10 Mb／s。對(duì)文中SPI接口的實(shí)際應(yīng)用表明，A／D轉(zhuǎn)換性能非常穩(wěn)定，效率較高，轉(zhuǎn)換精度高，誤差僅為±1碼，約4．88 mV。

5 結(jié) 語
用DSP的串行外設(shè)接口SPI與串行多通道A／D轉(zhuǎn)換器AD7890組成數(shù)字伺服系統(tǒng)A／D轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)模塊，能完成8個(gè)通道模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，效率較高，接口簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。通過選擇較高的波特率可以縮短數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，提高A／D轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)DSP提供的外部時(shí)鐘SCLK為AD7890所能承受的最高值10 MHz時(shí)，單個(gè)通道徹底完成一次A／D轉(zhuǎn)換僅需12．4μs。本文所做的接口設(shè)計(jì)為多軸數(shù)字控制系統(tǒng)的A／D轉(zhuǎn)換模塊提供了一種實(shí)用的選擇與參考。