串行A／D與FPGA在微型數據記錄儀中的應用

由圖1可以看出，ADS8341完成一次轉換需要24個DCLK時鐘，其中在前8個時鐘的上升沿，DIN控制字輸入，控制字輸入完成后，在DCLK的上升沿時刻，BUSY信號輸出一個高電平，在這個時鐘的下降沿，轉換數據按位輸出。經過一次完整的轉換后，在第25個時鐘上升沿，DIN可以再次輸入控制字高位，保證了當DCLK外部時鐘取得最高頻率2．4 MHz時，A／D轉換器的頻率達到最高100 ksa／s。

2 基于FPGA的ADS8341控制器設計
本記錄儀系統(tǒng)記錄采集信號的頻率范圍500Hz以下，在系統(tǒng)實際應用中，對被測信號采用過采樣方式，采樣頻率為被采集信號頻率的5～10倍。系統(tǒng)采用A／D轉換器3通道快速循環(huán)采樣，近似實現(xiàn)了通道同步采樣，是一種準同步采樣的方式。經過72個DCLK周期，實現(xiàn)了CH0～CH2通道的順序切換，當A／D轉換器以最大采樣頻率100 ksa／s工作時，記錄儀系統(tǒng)采樣的頻率相當于單通道頻率的1／3，通道1與通道3之間同步誤差最大為48clk，如圖2所示，最小誤差時間約為(此時采樣頻率最快)，滿足系統(tǒng)對較低頻率信號采集的要求。

系統(tǒng)采用了基于FLASH架構的Actel公司ProASIC3系列A3P100，使用Libero集成開發(fā)環(huán)境，FPGA的A／D控制模塊主要包含以下功能：
●時鐘控制器
記錄儀系統(tǒng)FPGA的外部時鐘頻率為48 MPa，對系統(tǒng)時鐘20分頻得到時鐘DCLK即可提供A／D轉換器的最大工作時鐘。另外通過邏輯控制，時鐘控制器提供幾個低于2．4 MHz的時鐘頻率，系統(tǒng)可以選擇更低的采樣頻率。
●不等占空比時鐘
本系統(tǒng)設計A／D控制模塊中引入clk_div時鐘信號，占空比為2：3，做為din的控制電平，當clk_div信號為低電平時，din輸出數據，clk _div信號為高電平，din為低電平。
clk_div撐(．duty_factor(duty_factorl)，counter_top(counterl))．div_clkl(．reset(clk1_reset)，．clk_in(clk_in1)，clk_out(clk_out1))；／／任意占空比分頻時鐘模塊調用
●控制字狀態(tài)機
記錄儀上電以后的工作狀態(tài)為3個通道循環(huán)采樣，控制字狀態(tài)發(fā)生器循環(huán)生成chO=“1001_1111”，ch1=“101_1111”，ch2=“1010_111 1”，并將控制字轉換成串行數據從din引腳輸出，實現(xiàn)A／D轉換器通道切換。