一種用AD7858提高DSP采樣精度的新方法

引言 

TI公司生產(chǎn)的TMS320x系列DSP是專為實(shí)時(shí)信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的。該系列DSP控制器將實(shí)時(shí)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，可為控制系統(tǒng)的應(yīng)用提供一個(gè)理想的解決方案。筆者在設(shè)計(jì)一款新型金屬探測(cè)器時(shí)，采用TMS320LF2407xA芯片來對(duì)AD采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制。

DSP芯片TMS320LF2407XA內(nèi)部具有10位A／D轉(zhuǎn)換器。但是，由于它僅含有10位A／D轉(zhuǎn)換器，若除去第一位符號(hào)位，也就是真正有用的只有九位，達(dá)不到本項(xiàng)目的檢測(cè)精度要求。為此，本文介紹一種通過外接12位A／D轉(zhuǎn)換器(AD7858)來提高DSP檢測(cè)精度的新方法。

1 AD7858的主要特性

AD7858是AD公司推出的12位串口、高速、低功耗、逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器。它可在3～5.5 V的電壓下工作，其數(shù)據(jù)通過率高達(dá)200 kSPS。該芯片內(nèi)含一個(gè)低噪聲、寬頻帶的跟蹤／保持放大器，可以處理高達(dá)200 kHz的寬頻信號(hào)。

AD7858很容易與微處理器或DSP接口。輸入信號(hào)從CONVST的下降沿開始被采樣(此位可通過硬件引腳或軟件位操作)，轉(zhuǎn)換也從此點(diǎn)啟動(dòng)。忙信號(hào)線在轉(zhuǎn)換起始時(shí)為高電平，之后在400μs后跳變?yōu)榈碗娖揭员硎巨D(zhuǎn)換結(jié)束。

AD7858的主要特性如下：

◇支持3～5.5 V電壓供電；

◇上電時(shí)，具有系統(tǒng)自動(dòng)校準(zhǔn)(校驗(yàn)芯片本身或芯片外設(shè)是否出錯(cuò))和自動(dòng)自校準(zhǔn)(校驗(yàn)校
準(zhǔn)寄存器是否出錯(cuò))的功能；

◇具有高速串行接口；

◇低功耗。在3 V電壓下，功耗僅為12 mW；

◇片內(nèi)集成有高性能的抽樣和保持放大器，輸入信號(hào)可以采用單端輸入方式，也可以采用差分輸入方式；

◇AD7858芯片能夠支持用硬件或軟件啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換；

◇轉(zhuǎn)換完成自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，休眠時(shí)的功耗為25μw；

◇采用24引腳DIP、SOIC或TSSOP等多種封裝形式。

圖1所示為AD7858的內(nèi)部功能框圖。

 

2 AD7858的引腳功能

AD7858的主要引腳功能如下：

CONVST：轉(zhuǎn)換開始位。當(dāng)時(shí)鐘下降沿到來時(shí)，系統(tǒng)為保持模式，且開始進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)變。如此腳不用，應(yīng)與DVDD相連；

BUSY：忙信號(hào)輸出端。用于表明器件所處的狀態(tài)。在CONVST下降沿或CAL上升沿之后，忙信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，并在轉(zhuǎn)換期間保持高電平。一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入輸出寄存器，該端復(fù)位為低電平；

SLEEP：休眠或低功耗模式。該腳為低時(shí)，器件處于休眠模式，如若此時(shí)不存在數(shù)模轉(zhuǎn)換或校準(zhǔn)工作，那么，所有的電路(包括內(nèi)部參考電壓)，全處于關(guān)斷模式；若該腳為1，則器件正常運(yùn)行。如若休眠模式只用軟件控制，那么，此腳始終為高電平；

REFIN／REFOUT：參考輸入／輸出。此腳可作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的內(nèi)部參考電壓，并可通過串聯(lián)電阻與內(nèi)部電路相連；

AVDD：模擬電源端(3.0～5.5 V)；

AGND：模擬地；

CREF1：參考電容。此引腳必須接0.01μF的電容到AGND腳；

CREF2：參考電容。此引腳必須接0.01 μF的電容到AGND腳；

AIN1-AIN8：模擬輸入?？捎米鲉味溯斎牖虿罘州斎耄?

CAL：校驗(yàn)輸入端。此腳有0.15μA的內(nèi)部提升電流。為使芯片在上電時(shí)能自動(dòng)自校準(zhǔn)。此腳必須用10 nF電容接DGND腳；

DVDD：數(shù)字電源端(3.0～5.5 V)；

DGND：數(shù)字地；

DOUT：16位串行數(shù)據(jù)輸出端；

DIN：16位串行數(shù)據(jù)輸入端；

CLKIN：數(shù)字時(shí)鐘輸入端。該時(shí)鐘可決定數(shù)模轉(zhuǎn)換的時(shí)間；

SCLK：串行時(shí)鐘信號(hào)；

SYNC：同步信號(hào)輸入端。低電平有效。

3 硬件設(shè)計(jì)

DSP與AD7858芯片的連接方法如圖2所示。設(shè)計(jì)時(shí)，模擬電源和模擬地、數(shù)字電源和數(shù)字地都應(yīng)通過電容網(wǎng)絡(luò)去耦，以減小電源輸入噪聲。為了得到較好的信噪比，可將AGND與DGND連在一起，并采用單端輸入，同時(shí)選擇兩路單獨(dú)的通道AIN1、AIN4；SLEEP引腳與DVDD相連，表明此時(shí)的休眠模式只受軟件控制；CAL引腳可通過0.01μF與DGND連接，轉(zhuǎn)換結(jié)果將以16位二進(jìn)制從DOUT輸出，并通過SPISOMI回送給DSP。該數(shù)據(jù)的前4位始終為0。在BUSY位為低電平時(shí)，DSP將向AD7858發(fā)送CONVST信號(hào)，并在CONVST的下降沿開始轉(zhuǎn)換。該電路的給定主脈沖頻率為4MHz，系統(tǒng)可通過I／O口向AD7858發(fā)送同步信號(hào)SYNC。

 

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是完成數(shù)據(jù)采集。本設(shè)計(jì)，采用TI公司的TMS320LF2407A芯片作為主機(jī)。系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境為CCS2.0版本。并采用C語(yǔ)言編程。圖3所示為AD7858工作在模式2時(shí)的軟件流程圖。

 

5 結(jié)束語(yǔ)

S該DSP的最高采樣電壓為3.3 V，AD轉(zhuǎn)換器(AD7858)則為12位轉(zhuǎn)換器，因此，除去一位最高位(符號(hào)位)，也就是說：該電路具有11位采樣精度。

另外應(yīng)當(dāng)指出的是，在實(shí)際應(yīng)用中，模擬地和數(shù)字地最好采用地層的形式，且模擬地和數(shù)字地應(yīng)在芯片下單點(diǎn)接地。由于AD7858模／數(shù)轉(zhuǎn)換器是采用串口并通過串行方式輸出數(shù)據(jù)，而這種數(shù)據(jù)輸出口與并口相比，其管腳較少，因而能節(jié)省器件在PCB板中所占的空間，比較適用于各類小型裝置。