串行A／D與FPGA在微型數(shù)據(jù)記錄儀中的應(yīng)用

由圖1可以看出，ADS8341完成一次轉(zhuǎn)換需要24個(gè)DCLK時(shí)鐘，其中在前8個(gè)時(shí)鐘的上升沿，DIN控制字輸入，控制字輸入完成后，在DCLK的上升沿時(shí)刻，BUSY信號輸出一個(gè)高電平，在這個(gè)時(shí)鐘的下降沿，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)按位輸出。經(jīng)過一次完整的轉(zhuǎn)換后，在第25個(gè)時(shí)鐘上升沿，DIN可以再次輸入控制字高位，保證了當(dāng)DCLK外部時(shí)鐘取得最高頻率2．4 MHz時(shí)，A／D轉(zhuǎn)換器的頻率達(dá)到最高100 ksa／s。

2 基于FPGA的ADS8341控制器設(shè)計(jì)
本記錄儀系統(tǒng)記錄采集信號的頻率范圍500Hz以下，在系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，對被測信號采用過采樣方式，采樣頻率為被采集信號頻率的5～10倍。系統(tǒng)采用A／D轉(zhuǎn)換器3通道快速循環(huán)采樣，近似實(shí)現(xiàn)了通道同步采樣，是一種準(zhǔn)同步采樣的方式。經(jīng)過72個(gè)DCLK周期，實(shí)現(xiàn)了CH0～CH2通道的順序切換，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換器以最大采樣頻率100 ksa／s工作時(shí)，記錄儀系統(tǒng)采樣的頻率相當(dāng)于單通道頻率的1／3，通道1與通道3之間同步誤差最大為48clk，如圖2所示，最小誤差時(shí)間約為(此時(shí)采樣頻率最快)，滿足系統(tǒng)對較低頻率信號采集的要求。

系統(tǒng)采用了基于FLASH架構(gòu)的Actel公司ProASIC3系列A3P100，使用Libero集成開發(fā)環(huán)境，FPGA的A／D控制模塊主要包含以下功能：
●時(shí)鐘控制器
記錄儀系統(tǒng)FPGA的外部時(shí)鐘頻率為48 MPa，對系統(tǒng)時(shí)鐘20分頻得到時(shí)鐘DCLK即可提供A／D轉(zhuǎn)換器的最大工作時(shí)鐘。另外通過邏輯控制，時(shí)鐘控制器提供幾個(gè)低于2．4 MHz的時(shí)鐘頻率，系統(tǒng)可以選擇更低的采樣頻率。
●不等占空比時(shí)鐘
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)A／D控制模塊中引入clk_div時(shí)鐘信號，占空比為2：3，做為din的控制電平，當(dāng)clk_div信號為低電平時(shí)，din輸出數(shù)據(jù)，clk _div信號為高電平，din為低電平。
clk_div撐(．duty_factor(duty_factorl)，counter_top(counterl))．div_clkl(．reset(clk1_reset)，．clk_in(clk_in1)，clk_out(clk_out1))；／／任意占空比分頻時(shí)鐘模塊調(diào)用
●控制字狀態(tài)機(jī)
記錄儀上電以后的工作狀態(tài)為3個(gè)通道循環(huán)采樣，控制字狀態(tài)發(fā)生器循環(huán)生成chO=“1001_1111”，ch1=“101_1111”，ch2=“1010_111 1”，并將控制字轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)從din引腳輸出，實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換器通道切換。