多通道模／數轉換器AD7890與DSP的接口設計

由于AD7890-10數據電平為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A／D轉換結果進(jìn)行電平轉換，將其轉換為I／0口可承受的電壓。把5 V電平轉為3．3 V電平有多種方法。常用的有兩種。一是選用專(zhuān)門(mén)的電平轉換器件，如TI公司的SN74I．VTHl6245；二是把A／D轉換結果通過(guò)系統中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(mǎn)足要求。將A／D數據通過(guò)一個(gè)CPLD的一個(gè)I／O口轉接，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的固定電平。實(shí)驗表明，特別是CLKIN引腳不能懸空，否則可能導致A／D轉換不能成功。對于AD7890-10，當未使用的輸入通道電壓值低于-12 V時(shí)會(huì )對所選其他通道的轉換造成嚴重干擾。文中采取的方法是將外部時(shí)鐘輸入引腳SCLK與內部時(shí)鐘輸入引腳CLKIN相連，可以有效去除干擾。

4 軟件讀寫(xiě)實(shí)現
對于SPI接口而言，數據與串行時(shí)鐘脈沖是同時(shí)產(chǎn)生的，即只有數據線(xiàn)上有數據傳送時(shí)才產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。所以發(fā)送控制數據結束后，DSP收到的數據并不是真實(shí)的A／D轉換結果，但需要讀取接收緩沖寄存器數據使SPI復位。多次實(shí)驗表明，對于單次A／D轉換，在轉換結束后需要再向AD7890發(fā)送2次空控制數據0x0000，之后DSP的SPI接收緩沖寄存器中的數據才是正確的A／D轉換結果，即每次A／D采樣循環(huán)需要進(jìn)行三次數據交換才能得到有效A／D轉換數據。采用查詢(xún)方式判斷數據是否發(fā)送結束，即SPI狀態(tài)寄存器SPIINT FLAG位為1時(shí)表示已完成數據發(fā)送。軟件實(shí)現A／D轉換的流程框圖如圖4所示。

對于A(yíng)D7890-10，A／D轉換結果數據為二進(jìn)制補碼格式，且包含通道數據，因此讀取結果后應根據需要對數據進(jìn)行適當處理，包括屏蔽通道選擇數據和進(jìn)行碼制轉換等，以便換算成系統所需要的數字量。為便于處理，將-10～+10 V電壓對應的碼值轉換為0～4 096。文中處理方法為：將轉換結果高四位通道數據屏蔽后，若A／D輸入為正電壓，則獲取低12位結果與0x0800相加得到處理后的數據；若A／D輸入為負電壓，則將補碼轉換成原碼后與0xF800作差獲取處理結果。
經(jīng)多次測試，得到A／D轉換子程序運行時(shí)間(即一次A／D轉換總耗時(shí))與波特率對應關(guān)系如表1所示。

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

5 結 語(yǔ)
用DSP的串行外設接口SPI與串行多通道A／D轉換器AD7890組成數字伺服系統A／D轉換功能實(shí)現模塊，能完成8個(gè)通道模擬量到數字量的轉換，效率較高，接口簡(jiǎn)單，性能穩定。通過(guò)選擇較高的波特率可以縮短數據傳輸時(shí)間，提高A／D轉換效率。當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轉換僅需12．4μs。本文所做的接口設計為多軸數字控制系統的A／D轉換模塊提供了一種實(shí)用的選擇與參考。