AD7656-1菊花鏈的多通道數(shù)據(jù)采集接口設(shè)計(jì)

摘 要 首先，介紹了AD7656-1模／數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的特點(diǎn)，描述了AD7656-1菊花鏈(Daisy-Chain)工作原理和配置。然后，設(shè)計(jì)了基于 AD7656-1菊花鏈與S3C2410A的多通道數(shù)據(jù)采集接口方案，同時(shí)給出了該方案下兩者的硬件配置及接口電路，最后給出了此方案的軟件實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞 AD7656-l 菊花鏈 S3C2410A SPI

引 言
在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，常需要對多個(gè)三相電壓電流信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理(如電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控)，這時(shí)需要實(shí)現(xiàn)對多路信號的同時(shí)、快速的數(shù)據(jù)采集。美國模擬器件公司(ADD的AD7656-1是一款16位6通道的模／數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)部含有6個(gè)獨(dú)立的A／D轉(zhuǎn)換器，可同時(shí)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，具有轉(zhuǎn)換精度高、速度快、功耗低、輸入模擬信號幅度大、信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，其突出特點(diǎn)是可通過多個(gè)AD7656-1級聯(lián)形成菊花鏈實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過一個(gè)或多個(gè)串口發(fā)送數(shù)據(jù)給主控處理器。以S3C2410A為主控處理器，多個(gè)AD7656-1組成菊花鏈實(shí)現(xiàn)多通道、高精度的ADC，在很大程度上可提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號采集和處理能力，具有較好的應(yīng)用前景。

1 AD7656-1的特點(diǎn)
圖1為AD7656-1的內(nèi)部功能框圖。其主要特性為：

◆6個(gè)獨(dú)立的16位逐次逼近(SAR)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
◆可通過引腳或軟件方式設(shè)定輸入信號的電壓范圍(±10 V，±5 V)。
◆最高吞吐率為250 ksps。
◆寬帶寬輸入高信噪比：輸入頻率為10 kHz時(shí)的信噪比(SNR)為88 db。
◆帶有片上2．5 V基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)緩沖器。
◆低功耗，5 V供電時(shí)在250 kSPS下功耗僅為140 mW。
◆支持并行、串行及菊花鏈接口模式。
◆高速串行接口，兼容SPI／QSPI／MICROWIRE／DSP。
◆采用iCMOS制造工藝，64引腳的LQFP封裝。
應(yīng)用領(lǐng)域：輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)、儀器儀表和控制系統(tǒng)、多軸定位系統(tǒng)。

2 AD7656-1菊花鏈工作原理及其配置
2．1 AD7656-1菊花鏈工作原理
AD7656-1有2種接口模式：串行接口模式和并行接口模式。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，3個(gè)轉(zhuǎn)換信號CONVSTA／B／C用來控制每對或每4個(gè)或每6個(gè)ADC同時(shí)采樣。如果將3個(gè)CONVST引腳連接在一起接收同一個(gè)采樣啟動(dòng)信號，就可使6個(gè)ADC同時(shí)進(jìn)行采樣，此時(shí)再將多個(gè)AD7656-1級聯(lián)就可以形成菊花鏈，實(shí)現(xiàn)6N(N=2，3，…，8)個(gè)ADC通道同時(shí)采樣，如圖2所示。在CONVSTX的上升沿，ADC被置為保持模式，轉(zhuǎn)換開始。CON-VSTX的上升沿過后，BUSY信號變?yōu)楦唠娖奖砻鬓D(zhuǎn)換正在進(jìn)行，3μs后BUSY信號返回低電平表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。在BUSY信號的下降沿，ADC回到跟蹤模式。數(shù)據(jù)可以通過1～3個(gè)串行接口從輸出寄存器讀出，并由主控處理器接收并存儲(chǔ)。AD7656-1采用同步串行接口(SPI)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，每發(fā)送一個(gè)比特位數(shù)據(jù)就要花去一個(gè)單位的SCLK脈沖的時(shí)間，發(fā)送完6個(gè)通道的16位數(shù)據(jù)就要花去96個(gè)SCLK脈沖。菊花鏈中多個(gè)AD7656-1通過數(shù)據(jù)接力傳遞的方式把數(shù)據(jù)依次發(fā)送給主控處理器，通過采用多個(gè)串行接口發(fā)送數(shù)據(jù)可減少發(fā)送時(shí)間，提高菊花鏈的數(shù)據(jù)傳遞效率。AD7656-1串行數(shù)據(jù)輸出接口及其對應(yīng)的通道數(shù)據(jù)關(guān)系和發(fā)送所需的SCLK脈沖個(gè)數(shù)關(guān)系如表1所列。