16位高速A/D转换器在高速DSP处理器中的应用

由于DSP有先进的并行结构使其特别适合于信号处理，故已经越来越多的应用于工业控制领域和各类仪器仪表的开发设计。而在用数字信号微处理器构成的智能仪器仪表中，外部的各种模拟信号必须通过A/D转换器变换为数字信号后才能送入微处理器芯片。而BB公司的高精度转换器ADS7805具有较高的性能价格比，最高的转换频率可达100KHz，在仪器仪表中得到广泛的应用。ADS7805芯片有28脚双排直插式或贴片式封装，只需单端5V电源供电即可正常工作；芯片内部含有采样保持、电压基准和时钟等电路，极大简化用户的电路设计，同时提高了系统的稳定性。ADS7805采用CMOS工艺制造，功耗低（最大功耗为100mW），单通道输入，模拟输入电压的范围为±10V，采用逐次逼近式工作原理，转换结果由16位数据线并行输出，启动转换和读取上次转换的结果可以同时进行。
           1、引脚及功能
          ADS7805共有28个引脚，图1为其引脚图。这些引脚大体可以划分为3类。
   
           i. 电源类
   
   
          数字电源Vdig(28脚)和模拟电源Vana（27脚）通常一起接到5V电源上；数字地DGND（14脚）和模拟地AGND1（2脚）、AGND2（5脚）通常共地；参考电压端REF（3脚）对地接2.2μF钽电容，则芯片内部就会产生2.5V基准电压；参考电容端CAP（4脚）对地接2.2μF钽电容。
          ii.信号类
   
          模拟信号输入端Vin(1脚)；D15～D8（6脚到13脚）与D7～D0（15脚到22脚）为数字信号并行输出口。
           iii.控制信号类
         
          片选信号输入端/CS(25脚)；读取结果/模数转换控制信号输入端R/C（24脚）；转换结果指示输出端/BUSY（26脚）；控制从总线读出的数据是转换结果的高字节还是低字节信号输入端BYTE（23脚）。
          2、 启动A/D转换和读取转换结果
   
          美国BB公司生产的ADS78XX系列A/D转换器的启动转换和读取转换结果的时序都比较特别，且大致相同，ADS7805的转换时序图如图2所示。
   
   图2 ADS7805的转换时序图
   
          首先要在R/C引脚输入一个低电平信号，此低电平信号的持续时间要求在40～7000ns之间；这时BUSY引脚电平被拉低表示正在进行转换，在经过了大约8μs（即为/BUSY信号保持低电平的时间）以后，转换完成，BUSY引脚电平相应变高；再把R/C脚电平拉高，此时ADS7805就会将转换结果输出到数据总线上。虽然转换结果为16位，但对于具有16位数据总线的DSP微处理器而言，不必分两次读入，故可将BYTE脚从始至终同一信号电平，当BYTE脚为高电平时，Pin6～13输出低字节，Pin15～22输出高字节；反之当BYTE脚为低电平时，Pin6～13输出高字节，Pin6～13输出低字节。如果用/CS引脚来控制ADS7805的转换，其时序同R/C引脚相似，故这里就不详细说明。ADS7805转换得到的数字结果是以补码形式给出的，现给出其理想的数据转换表，表1所列即为ADS7805的模拟电压与其补码形式的数字输出关系， -10V～9.99512V为量程
       表1 模拟电压输入和数字信号输出关系  
   
   
           3、 与DSP的接口
   
           TI公司的16-bit定点DSP TMS320F206，是一种低功耗器件，采用了改进的哈佛结构，有 1条程序总线和3条数据总线，流水线操作，有高度并行32-bit算术逻辑单元、16*16-bit并行硬件乘法器、片内存储器、片内外设和高度专业化的指令集。当TMS320F206外接16MHZ的晶振，工作时钟控制模式选为×1时，可以将ADS7805的/CS脚接到DSP的/RD信号引脚，但为了减少控制线，可以将/CS引脚直接接成低电平，R/C引脚接到DSP的扩展输出口，而/BUSY信号只需连接到普通的端入端口即可，如DSP的IO口、扩展芯片74LS244的输入口等。图3是一个ADS7805与TMS320F206的典型接口电路。  
   
           4、 C语言程序设计
   
   
          TMS320F206的用户可以用汇编语言或C语言进行源程序的编写，而C语言开发出的系统易于维护，可靠性高，可移植性好，故下面介绍用C语言编写的ADS7805的开发程序。
              
     源程序如下：
          #include      
        #include  
        ioport unsigned int port90ac;
        ioport unsigned int porte0f7;
        #define ic273n port90ac
        #define ads7805 porte0f7
        #define Wait asm(" nop ");
        int i, ia[8]; double bv_coil,IA;
        reg_aspcr=0x0e00; reg_iosr=0x0000;
        asm( " clrc intm ");
        ic273n=0x0008; Wait;
        for(i=0;i<=7;i++)
        { ic273n=0x0000;
        while ((reg_iosr&0x0004)==0x0004)
        { if （adt> 2; return();）
        ic273n=0x0008; Wait;
        ia=(int)(ads7805&0xffff); }
        IA=0;       for (i=0;i<=7;i++)
        { if ia<32767 pr=((double)(ia))*0.000305185;/*10/32767=0.000305185*/ else
        pr=((double)(ia-65535))*0.000305185;
        IA="IA"+pr*pr; }
        bv_coil = sqrt(IA/8);
         5、 结束语
          ADS7805为16位的A/D转换器，它不仅分辨率高、转换速度快，而且接口简单方便、应用灵活，因而具有广泛的应用前景。笔者在GKNDC-H型高压开关特性精密测量仪中就使用了ADS7805，并取得了很好的测量效果。
          参考文献：
   
          1、 ADS7805 Data Sheet of ADS7805
          2、 TMS320F206DSP 结构、原理及应用