AD7656-1菊花鏈的多通道數據采集接口設計

摘 要 首先，介紹了AD7656-1模／數轉換芯片的特點(diǎn)，描述了AD7656-1菊花鏈(Daisy-Chain)工作原理和配置。然后，設計了基于 AD7656-1菊花鏈與S3C2410A的多通道數據采集接口方案，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)化系統中，常需要對多個(gè)三相電壓電流信號進(jìn)行數據采集和處理(如電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監控)，這時(shí)需要實(shí)現對多路信號的同時(shí)、快速的數據采集。美國模擬器件公司(ADD的AD7656-1是一款16位6通道的模／數轉換芯片，內部含有6個(gè)獨立的A／D轉換器，可同時(shí)進(jìn)行A／D轉換，具有轉換精度高、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(guò)多個(gè)AD7656-1級聯(lián)形成菊花鏈實(shí)現多個(gè)通道同時(shí)進(jìn)行數據采集，并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)串口發(fā)送數據給主控處理器。以S3C2410A為主控處理器，多個(gè)AD7656-1組成菊花鏈實(shí)現多通道、高精度的ADC，在很大程度上可提高數據采集系統的信號采集和處理能力，具有較好的應用前景。

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

◆6個(gè)獨立的16位逐次逼近(SAR)型模數轉換器。
◆可通過(guò)引腳或軟件方式設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基準電壓源和基準緩沖器。
◆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。
應用領(lǐng)域：輸電線(xiàn)路監測系統、儀器儀表和控制系統、多軸定位系統。

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。在數據轉換時(shí)，3個(gè)轉換信號CONVSTA／B／C用來(lái)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，轉換開(kāi)始。CON-VSTX的上升沿過(guò)后，BUSY信號變?yōu)楦唠娖奖砻鬓D換正在進(jìn)行，3μs后BUSY信號返回低電平表明轉換結束。在BUSY信號的下降沿，ADC回到跟蹤模式。數據可以通過(guò)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。AD7656-1采用同步串行接口(SPI)發(fā)送數據時(shí)，每發(fā)送一個(gè)比特位數據就要花去一個(gè)單位的SCLK脈沖的時(shí)間，發(fā)送完6個(gè)通道的16位數據就要花去96個(gè)SCLK脈沖。菊花鏈中多個(gè)AD7656-1通過(guò)數據接力傳遞的方式把數據依次發(fā)送給主控處理器，通過(guò)采用多個(gè)串行接口發(fā)送數據可減少發(fā)送時(shí)間，提高菊花鏈的數據傳遞效率。AD7656-1串行數據輸出接口及其對應的通道數據關(guān)系和發(fā)送所需的SCLK脈沖個(gè)數關(guān)系如表1所列。