ad转换接口电路
ad转换接口电路
1引言
模／数转换是现代测控电路中非常重要的环节，它有并行和串行两种数据输出形式。目前，模／数转换器adc已被做成大规模集成电路，并有多种型号和种类可供选择。本文介绍了ad7654的性能特点，并设计了ad7654与单片机aduc848的接口电路，同时给出了软件流程和相应的汇编源程序。
2 ad7654的性能特点和工作原理
ad7654是adi公司推出的一种低功耗、四通道、电荷再分布式高速a／d转换器，该a／d转换器的主要特点是：16位分辨率且无漏失码；0 v～5 v模拟输入范围；spi／ospi／microwire／dsp兼容；两个允许同步采样的低噪音、高带宽跟踪／保持放大器；功耗典型值为120 mw；可提供串行和并行两种输出接口，给予用户灵活的选择。串行a／d转换的速率很高。并且具有体积小、功耗低、占用单片机口线少的优点，文中采用串行模式设计电路，有关引脚说明如下：
a0：转换通道选择；
a/b：高电平时，先输出a通道转换数据再输出b通道转换数据，低电平反之；
ser/par：串行／并行模式选择。低电平为并行模式。高电平为串行模式；
ext/int：高电平时选择外部时钟。低电平时选择内部时钟：
sdout：转换数据输出位；
sclk：串行数据时钟输入或输出(取决于ext／int的逻辑状态)；
cnvst：开始转换。cnvst的下降沿使内部采样保持进入保持状态并开始转换：
busy：正在转换标志；
eoc：转换结束标志。
ad7654的转换过程由cnvst下降沿启动，转换启动与cs和rd信号状态无关，a0引脚控制转换通道的选择。在转换结束之前，即使掉电转换也不会重新开始或终止。转换进行过程中，busy变为高电平，eoc也为高电平，eoc在每一个通道转换结束后变为低电平，而busy线在两个通道转换全部结束后才变为低电平，转换的32位数据可以从sdout上读出。转换时序图如图1所示。ad7654有串行和并行两种接口方式，每种接口方式又有主从两种模式，本文介绍其串行接口下从模式的硬件和软件设计。
3 ad7654与单片机的接口电路设计
在本系统中，单片机选用adi的aduc848．具体的接口电路如图2所示。笔者设计ad7654工作在串行从模式下，因此其数据的转换和读取都需要微处理器aduc848的控制．所需的高精度2．5 v基准电压由ad780提供，ad7654上所有的电源和地之间都需连接去耦电容器。因为aduc848的p1口只能作为输入口，而p0口被usb接口器件占用，所以ad7654的控制引脚只能连接到单片机p2和p3口上的部分端口。在实验电路中，ad7654的ser／par和ext／int引脚直接由硬件置高电平，invs-clk由硬件置低电平，使adc以串口方式工作．同时使数据输出由外部时钟控制。由于ad7654是两个通道同时采样，所以需要给a／b置位以控制数据的输出顺序。aduc848的p2．5引脚接至ad7654的cnvst．这样只需要通过单片机aducu848控制使p2．5产生一个宽度大于5 ns的负脉冲．该负脉冲的下降沿就可以启动adc开始转换，转换的时间约为2μs。当转换结束时，busy引脚上的信号就会变成低电平，从而通知单片机可以开始读取转换的数据，由于实际ad7654转换速度很快，因此busy线可以不用，启动转换后可以直接读取数据。在单片机读取数据前，需要通过p2．6和p3．4口给读选通rd和片选cs置零。以使sdout上的数据有效。然后单片机通过p2．0(sclk)引脚向ad7654发送8个时钟脉冲，与此同时单片机就可以通过p2．2口从sdout上读取8位转换的数据。串行从模式下读数据时序图如图3所示。
该系统中微处理器aduc848与a／d转换器ad7654之间的数据传送采用spi(串行外设接口)方式。sclock是主机的时钟线，为miso数据的发送和接收提供同步时钟信号。每一位数据的传输都需要1次时钟作用，因而发送或接收1个字节的数据需要8个时钟的作用。spi有2个相关的寄存器：即spicon和spidat，其中spicon包含各种标志位、使能位、方式位及时钟位；另一个spi寄存器是spidat，对这一寄存器的写操作会使sclock产生8个时钟脉冲，从高位开始一位一位地发送数据。如果写操作发生在其他数据正在传输的过程中，那么wcol将置位。如果写操作进行时没有其他数据在传输，输入字节保留在移位寄存器中，此时ispi自动置位(如果有中断设置，则产生中断)，移位寄存器的数据将被锁存到spidat中，此后对spidat的读操作将把数据读出。spi时序图如图4所示。
4应用软件设计
下面给出数据采集实验中，ad7654工作在串行从模式下的软件流程(如图5所示)和核心汇编源程序(转换结果存在30h中)。 汇编源程序：
5 结束语
采用ad7654串行模式进行a／d转换具有速度快、精度高、功耗低、占用口线少的优点．非常适用于ac伺服电动机控制、频率转换、三相功率监视、不间断电源、四通道数据取样和汽车电子等方面。该系统电路已在实验中调试通过．实际应用中应考虑灵活性，所有控制线均由软件控制实现。
12位a/d转换器ad574及其接口电路
ad574a是美国模拟数字公司（analog）推出的单片高速12位逐次比较型a/d转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的a/d转换器，其主要功能特性如下：
分辨率：12位 非线性误差：小于±1/2lbs或±1lbs转换速率：25us 模拟电压输入范围：0—10v和0—20v，0—±5v和0—±10v两档四种 电源电压：±15v和5v数据输出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式
ad574a的引脚说明：
[1]. pin1(+v)——+5v电源输入端。
[2]. pin2( )——数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是12位或8位输出。
[3]. pin3( )——片选端。
[4]. pin4(a0)——字节地址短周期控制端。与 端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。须注意的是， 端ttl电平不能直接+5v或0v连接。
[5]. pin5( )——读转换数据控制端。
[6]. pin6(ce)——使能端。 [7]. pin7(v+)——正电源输入端，输入+15v电源。
[8]. pin8(ref out)——10v基准电源电压输出端。
[9]. pin9(agnd)——模拟地端。
[10]. pin10(ref in)——基准电源电压输入端。
[11]. pin(v-)——负电源输入端，输入-15v电源。
[12]. pin1(v+)——正电源输入端，输入+15v电源。
[13]. pin13(10v in)——10v量程模拟电压输入端。
[14]. pin14(20v in)——20v量程模拟电压输入端。
[15]. pin15(dgnd)——数字地端。
[16]. pin16—pin27(db0—db11)——12条数据总线。通过这12条数据总线向外输出a/d转换数据。
[17]. pin28(sts)——工作状态指示信号端，当sts=1时，表示转换器正处于转换状态，当sts=0时，声明a/d转换结束，通过此信号可以判别a/d转换器的工作状态，作为单片机的中断或查询信号之用。
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2 ad7654的性能特点和工作原理
ad7654是adi公司推出的一种低功耗、四通道、电荷再分布式高速a／d转换器，该a／d转换器的主要特点是：16位分辨率且无漏失码；0 v～5 v模拟输入范围；spi／ospi／microwire／dsp兼容；两个允许同步采样的低噪音、高带宽跟踪／保持放大器；功耗典型值为120 mw；可提供串行和并行两种输出接口，给予用户灵活的选择。串行a／d转换的速率很高。并且具有体积小、功耗低、占用单片机口线少的优点，文中采用串行模式设计电路，有关引脚说明如下：
a0：转换通道选择；
a/b：高电平时，先输出a通道转换数据再输出b通道转换数据，低电平反之；
ser/par：串行／并行模式选择。低电平为并行模式。高电平为串行模式；
ext/int：高电平时选择外部时钟。低电平时选择内部时钟：
sdout：转换数据输出位；
sclk：串行数据时钟输入或输出(取决于ext／int的逻辑状态)；
cnvst：开始转换。cnvst的下降沿使内部采样保持进入保持状态并开始转换：
busy：正在转换标志；
eoc：转换结束标志。
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[1]. pin1(+v)——+5v电源输入端。
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[3]. pin3( )——片选端。
[4]. pin4(a0)——字节地址短周期控制端。与 端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。须注意的是， 端ttl电平不能直接+5v或0v连接。
[5]. pin5( )——读转换数据控制端。
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[8]. pin8(ref out)——10v基准电源电压输出端。
[9]. pin9(agnd)——模拟地端。
[10]. pin10(ref in)——基准电源电压输入端。
[11]. pin(v-)——负电源输入端，输入-15v电源。
[12]. pin1(v+)——正电源输入端，输入+15v电源。
[13]. pin13(10v in)——10v量程模拟电压输入端。
[14]. pin14(20v in)——20v量程模拟电压输入端。
[15]. pin15(dgnd)——数字地端。
[16]. pin16—pin27(db0—db11)——12条数据总线。通过这12条数据总线向外输出a/d转换数据。
[17]. pin28(sts)——工作状态指示信号端，当sts=1时，表示转换器正处于转换状态，当sts=0时，声明a/d转换结束，通过此信号可以判别a/d转换器的工作状态，作为单片机的中断或查询信号之用。
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