??? 摘?要：介紹了ADS7852、TLV5613的工作原理及其應(yīng)用，重點(diǎn)給出了ADS7852、TLV5613與2000、5000系列DSP的兼容接口設(shè)計(jì)" title="接口設(shè)計(jì)">接口設(shè)計(jì)，并介紹了設(shè)計(jì)原理圖。此設(shè)計(jì)解決了5000系列DSP外擴(kuò)AD和DA的問題，同時(shí)彌補(bǔ)了2000系列DSP中AD采樣速度或精度低的問題，最后給出了AD與DA聯(lián)調(diào)時(shí)的軟件流程圖。
??? 關(guān)鍵詞: ADS7852? TLV5613? DSP
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??? 隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，DSP應(yīng)用技術(shù)逐漸成為電子、控制等領(lǐng)域的核心控制處理器。但鑒于2000系列DSP中AD采樣速度或精度不夠、5000系列DSP無AD的問題，本文著重介紹了與2000及5000系列DSP兼容的外擴(kuò)AD與DA的設(shè)計(jì)方法，可為使用DSP的用戶或讀者提供參考。
1 ADS7852芯片簡介及其應(yīng)用
1.1 A/D" title="A/D">A/D轉(zhuǎn)換器分類
??? A/D轉(zhuǎn)換器根據(jù)原理可分為兩大類。一類是直接型A/D轉(zhuǎn)換器，另一類是間接型A/D轉(zhuǎn)換器。在直接型A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬電壓被直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字代碼，不經(jīng)任何中間變量；在間接型A/D轉(zhuǎn)換器中，首先把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成某種中間變量（時(shí)間、頻率、脈沖寬度等），然后再把這個中間量轉(zhuǎn)化為數(shù)字代碼輸出。目前應(yīng)用比較廣泛的主要有三種類型：逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器和V/F變換式A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用較廣。因此，該設(shè)計(jì)的A/D部分選用了TI公司的ADS7852芯片。
1.2 ADS7852芯片簡介
??? ADS7852 是德州儀器公司的一款高速逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器。具有8 路輸入、并行12 位輸出,可滿足多路采樣的問題，內(nèi)部帶2.5V 基準(zhǔn)電壓,轉(zhuǎn)換時(shí)間最大只需1.75μs。其封裝形式為TQFP。ADS7852共有32個引腳,AIN0～AIN8為8路模擬輸入,DB0～DB11為12位數(shù)字輸出, A0～A2為8路模擬輸入的地址選擇；Vss為電源電壓,VREF為外接參考電壓,若不用可接2.2μF和0.1μF去耦電容各一個；AGND和DGND分別為模擬地和數(shù)字地,CLK為時(shí)鐘輸入(200kHz～8MHz),BUSY為忙指示輸出,CS、RD 和WR 分別為片選信號、讀信號和寫信號。
??? 其工作原理為: 首先CS引腳置低,然后通過設(shè)置A2、A1 和A0 的值來選擇輸入通道(000～111分別對應(yīng)0～7通道) , 置低WR引腳開始啟動AD轉(zhuǎn)換。在AD轉(zhuǎn)換期間,BUSY 引腳輸出低電平并保持到轉(zhuǎn)換結(jié)束, 轉(zhuǎn)換完成后BUSY 引腳輸出變?yōu)楦唠娖? 在DB11-DB0 上輸出12 位有效數(shù)據(jù), 等待處理器讀取, 一次轉(zhuǎn)換完成。BUSY 引腳的上升沿可以鎖存12 位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。需要注意的是在AD 轉(zhuǎn)換之后, 當(dāng)RD 和CS 變?yōu)楦唠娖街? A1 和A0 腳應(yīng)保持低電平, 否則ADS7852 將進(jìn)入掉電模式。
1.3 ADS7852與DSP接口設(shè)計(jì)
??? 在設(shè)計(jì)中，考慮到與單片機(jī)接口的兼容性，使用了DSP的低8位數(shù)據(jù)總線與ADS7852的低8位數(shù)據(jù)線相連，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換完成，ADS7852的高4位數(shù)據(jù)進(jìn)行第一次讀低8位數(shù)據(jù)時(shí)，送入外部鎖存；第二次由三態(tài)緩沖器讀出。其具體設(shè)計(jì)的原理圖如圖1所示。
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圖1 ADS7852原理圖
??? 在圖1中，CS0、CS1、IORD、IOWR、CLK等均為軟件譯碼得到的信號，這樣設(shè)計(jì)可以簡化硬件設(shè)計(jì)，只需1塊邏輯器件即可，該設(shè)計(jì)選用的是XILINX公司的XC9536芯片，編程使用VHDL語言。用戶可以通過對XC9536的編程，選擇200K到8M的CLK，具有編程的靈活性和應(yīng)用的可選擇性。其中DSP的CLKOUT作為輸入的時(shí)鐘信號。在硬件設(shè)計(jì)中，BUSY信號通過二號孔引出，這樣就方便了用戶的編程可選擇性。讀取AD轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)，除了用延時(shí)方法外，還可以對BUSY信號進(jìn)行查詢編程，或通過DSP的外部中斷進(jìn)行編程。這樣的設(shè)計(jì)使用戶的編程方法更加具有靈活性和多樣性。
2 TLV5613芯片簡介
2.1 D/A" title="D/A">D/A轉(zhuǎn)換器分類?
??? D/A的轉(zhuǎn)換器根據(jù)原理可分為兩大類：一類是直接型D/A轉(zhuǎn)換器，另一類是間接型D/A轉(zhuǎn)換器。在直接型D/A轉(zhuǎn)換器中，輸入的數(shù)字信號被直接轉(zhuǎn)化為模擬量，不經(jīng)任何中間變量；在間接型D/A轉(zhuǎn)換器中，首先把輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成某種中間變量（時(shí)間、頻率、脈沖寬度等），然后再把這個中間量轉(zhuǎn)化為模擬代碼輸出。直接型D/A轉(zhuǎn)換器比較受用戶青睞，因此，該設(shè)計(jì)的D/A部分選用了TI公司的TLV5613芯片。
2.2 TLV5613芯片簡介
??? TLV5613是12位電壓輸出數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC），它具有一個與 8 位微控制器兼容的并行接口。使用三個不同的地址來寫入8個最低位、4 個最高位和3個控制位。TLV5613可工作于2.7V～5.5V較寬的電源電壓范圍。
??? 電阻串上的輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓由2倍增益的軌到軌（rail-to-rail）輸出緩沖器緩沖。緩沖器是一個A類輸出級（慢速方式時(shí)為 AB 類）以改進(jìn)穩(wěn)定性和減少建立時(shí)間。DAC 可編程的建立時(shí)間使設(shè)計(jì)者在速度和功耗的關(guān)系上做最佳選擇。建立時(shí)間可以由 16 位數(shù)據(jù)字中的控制位來選擇。
2.3 TLV5613與DSP接口設(shè)計(jì)
??? TLV5613是一款與8 位微控制器兼容的并行接口，由A0和A1兩根地址線確定選擇低位數(shù)據(jù)寄存器或高位寄存器或控制寄存器：當(dāng)A1A0=00時(shí)，表示訪問低8位數(shù)據(jù)寄存器；當(dāng)A1A0=01時(shí)，表示訪問高8位數(shù)據(jù)寄存器；當(dāng)A1 A0=10時(shí)，地址無定義；當(dāng)A1A0=11表示訪問控制寄存器。在電路設(shè)計(jì)當(dāng)中，TLV5613的輸出端用了兩級運(yùn)放，第一級用于放大，第二級用于給輸出信號加上直流分量，以滿足不同條件下對信號的要求。原理圖如圖2所示。
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??? 在圖2中，CS2、IOWR等均為軟件譯碼得到的信號。TLV5613的參考電壓為2.5V，但輸出前內(nèi)部經(jīng)過了2倍放大，故輸出電壓的范圍是0～5V。D/A輸出引腳由二號孔引出，這樣可以方便用戶進(jìn)行日后使用的擴(kuò)展。
3 軟件設(shè)計(jì)及控制流程
??? 當(dāng)DSP對ADS7852和TLV5613進(jìn)行編程時(shí)，通過譯碼確定片選信號CS0、CS1、CS2，片選信號確定后，方可確定ADS7852的模擬信號輸入地址（CS0的基地址＋A2A1A0確定的欲使用輸入通道值）及TLV5613相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器地址（CS2的基地址＋A1A0所確定的低或高位數(shù)據(jù)寄存器值）和控制寄存器地址（CS2的基地址＋A1A0所確定的控制寄存器值）。圖3為ADS7852和TLV5613聯(lián)調(diào)時(shí)的軟件設(shè)計(jì)流程框圖。
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4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試與驗(yàn)證
??? 在進(jìn)行硬件電路的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證時(shí)需要同時(shí)觀測數(shù)字信號和模擬信號，因此選用RIGOL（RIGOL Technologies, Inc.）的DS1102CD型混合信號示波器（MSO）來完成調(diào)試和驗(yàn)證工作。
??? 該系列數(shù)字示波器具有出色的性能和全面的輔助功能，其1Mpts模擬通道存儲深度和512Kpts邏輯通道存儲深度為分析混合信號帶來了極大的便利，16通道的數(shù)字邏輯分析對于本實(shí)驗(yàn)顯得非常重要。此外，DS1102CD的100MHz帶寬對于分析本設(shè)計(jì)中的200kHz～8MHz的時(shí)鐘信號是足夠的。利用DS1102CD對ADS7852和TLV5613與DSP的擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證,并給出實(shí)驗(yàn)波形圖。
4.1 ADS7852的實(shí)驗(yàn)
??? 給出1MHz的時(shí)鐘，用DS1102CD的邏輯通道D0來觀測；同時(shí)給出模擬輸入典型值2.5V（CH1模擬通道），用DS1102CD的邏輯通道D1-D12來觀察ADS7852所輸出的碼型" title="碼型">碼型，理論碼型為1000 0000 0000。實(shí)際波形如圖4、圖5所示。
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??? 圖中D0表示時(shí)鐘，如當(dāng)前波形所示。D1是高電平，其余均是低電平（如圖5碼型所示），即輸出碼型為1000 0000 0000。模擬通道CH1所示波形為實(shí)際模擬電壓，經(jīng)對比，實(shí)驗(yàn)波形符合設(shè)計(jì)要求。
4.2 TLV5613的實(shí)驗(yàn)
??? 對電路進(jìn)行如下的配置：工作電壓設(shè)置為AVDD=5V,參考電壓Vref=2V, Input Code=4095，當(dāng)輸出負(fù)載為10kΩ，理論上輸出電壓約為4V。
??? 用DS1102CD觀察此時(shí)的TLV5613的輸出，波形如圖6所示。
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??? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸出電壓為3.98V，符合實(shí)驗(yàn)要求。
??? 此擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)，在一定程度上了方便DSP用戶外擴(kuò)AD與DA的問題，縮短了相同問題的開發(fā)周期，做到了通用資源共享。此設(shè)計(jì)精度和速度能滿足大多數(shù)用戶的要求，具有很高的實(shí)用價(jià)值和性價(jià)比。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉艷玉,李德良,張飛龍,王長龍.ADS7852在雙目測距中的應(yīng)用[J]. 電氣設(shè)計(jì),2006,(22)4:200-202.
[2] 12-Bit, 8-Channel, Parallel Output ANALOG-TODIGITAL CONVERTER. Texas Instruments Incorporated, 2001.
[3]?TLV5613.武漢力源電子股份有限公司.