高精度AD轉(zhuǎn)換器AD7864與DSP的接口及應(yīng)用

摘要：在伺服控制系統(tǒng)中，電流反饋信號(hào)及電壓反饋信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換對(duì)提高系統(tǒng)的控制性能有著重要的作用，這就對(duì)采樣精度及穩(wěn)定性有了較高的要求，而AD7864則滿足這一要求。基于此介紹了高精度4通道同步采樣速率的12位A／D轉(zhuǎn)換器AD7864的特點(diǎn)及其工作原理，以及在伺服控制系統(tǒng)中AD7864與DSP芯片TMS320F2812的接口及應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：伺服控制系統(tǒng)；AD7864；模數(shù)轉(zhuǎn)換器

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)1．65μs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。AD78 64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)20μW。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(jiǎn)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)，1．65μs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1．65μs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?。／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。