多通道模／數轉換器AD7890與DSP的接口設計

隨著(zhù)工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，對數字控制伺服系統中執行效率和集成化程度的要求越來(lái)越高。比如用單處理器控制多個(gè)伺服系統時(shí)，對多通道A／D轉換的效率要求較高。以往較多地使用多路模擬開(kāi)關(guān)與單通道A／D轉換器來(lái)實(shí)現，效率較低，使用模擬開(kāi)關(guān)帶來(lái)的噪聲也比較嚴重。在此，選用串行多通道A／D轉換器AD7890與TMS320F2812處理器的SPI接口組成A／D轉換模塊，非常適合應用于多軸伺服系統。AD7890是一款8通道12位串行A／D轉換器，具有高轉換效率(轉換時(shí)間僅為5．9μs)、高速靈活的串行接口、多通道等優(yōu)點(diǎn)。其中，AD7890-10輸入電壓范圍為-10～+10 V。TMS320F2812處理器上集成了多種先進(jìn)的外設，為實(shí)現電機及其他運動(dòng)控制領(lǐng)域的應用提供了良好的平臺，它所提供的SPI接口通常用于DSP處理器和外部設備及其他處理器之間的通信。SPI分主、從兩種工作方式，數據長(cháng)度可編程(1～16 b)，并能同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送操作，通常用于DSP處理器和外部外設以及其他處理器之間的通信，這使它能很方便地與AD7890采用主／從模式進(jìn)行通信。

1 AD7890工作模式和原理
AD7890的SMODE引腳是工作模式控制輸入端，它決定了器件是工作于外部時(shí)鐘模式(作為從設備)，還是內部時(shí)鐘模式(作為主設備)。當SMODE置于高電平時(shí)，器件工作在外部時(shí)鐘模式，由主設備提供時(shí)鐘信號SCLK和接收幀同步信號RFS，AD7890可接收的最大串行時(shí)鐘頻率達10 MHz；當SMODE置于低電平時(shí)，器件工作在內部時(shí)鐘模式，自身提供時(shí)鐘信號SCLK和接收幀同步信號RFS，其時(shí)鐘頻率由CLK引腳輸入時(shí)鐘頻率決定。本文以DSP作為主控制器，AD7890作為從設備，由DSP的SPI口提供串行時(shí)鐘。
AD7890通過(guò)片內高速雙向串行數據接口接收控制字和輸出轉換結果。通過(guò)向控制寄存器寫(xiě)數據可以確定轉換通道、轉換開(kāi)始信號等信息。其控制寄存器包含5位數據，因此至少需要6個(gè)SCLK脈沖才能完成對寄存器的寫(xiě)操作。其中，A2，A1，A0分別為通道地址選擇最高位、次高位、最低位。通道選擇算法為：通道號=4A2+2A1+A2+1。發(fā)送數據的第5個(gè)SCLK脈沖下降沿過(guò)后的數據均為無(wú)效數據?？刂谱謱?xiě)入寄存器后，器件即啟動(dòng)內部延時(shí)脈沖，保證在轉換開(kāi)始前跟蹤／保持器有足夠的時(shí)間來(lái)完成轉換通道的建立和切換。該延時(shí)脈沖寬度取決于引腳電容的CEXT值。一般引腳電容值取CEXT、120 pF或200 pF。據測試，此時(shí)延時(shí)脈沖寬度分別約為7．Oμs和9．6μs。向控制寄存器寫(xiě)數據時(shí)CEXT，引腳電平由低變高，電容在第6個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿開(kāi)始放電，電壓降低至2．5 V以下時(shí)內部延時(shí)脈沖結束，同時(shí)A／D轉換開(kāi)始，5．9μs后轉換結束。若此時(shí)串行讀操作已完成，且RFS已變高為高電平，則用新的轉換結果更新輸出寄存器。至此，一次A／D轉換結束。圖1為AD7890工作原理圖，從示波器獲取的圖片顯示了CEXT引腳電平、SCLK脈沖與A／D轉換過(guò)程時(shí)間的關(guān)系。