基于FPGA的AD7862接口电路设计

2011-02-15 12:57:02来源: 互联网

作者:蔡辉妍 重庆邮电大学

O 引言

在自动控制的很多应用场合,都需要实时对信号进行采样分析,然后由DSP来进行运算控制。AD芯片是采样中最常用的芯片,本文主要对 ADI公司的AD7862芯片进行介绍,同时为它设计了驱动接口电路。由于AD7862不能自动工作,需要给它提供相关的驱动信号才能触发它进行转换,本文用FPGA芯片给它做一个接口驱动电路,并详细的介绍了驱动电路程序的设计,设计的电路为AD7862提供了非常好的驱动作用,并在实际运用中能使其稳定的工作。

1 AD7862芯片简介

AD7862是美国ADI公司出品的12 bit高速,低功耗转换器,单电源5伏供电。共有4个模拟输入端,被分为两个通道(A&B),通过输入端AO来进行选择。每一个通道有两个输入端(VA1&VA2或者VB1&VB2)。能够接受的模拟信号的输入范围为正负10伏。不过模拟信号的输入端的过
压保护允许输入电压达到正负17伏。原理框图如图1所示。


AD7862芯片具有以下特点:
(1)对每一个通道而言,从启动转换到转换完成需要3.6μs的时间。
(2)芯片由5 V单电源供电,功耗低,工作时典型值为60 mW。具有自动休眠模式,当一次转换完成后自动进入休眠模式,节省电能。当下一个转换周期来临时在自动苏醒。
(3)提供一个高速并行接口,和微处理器、微控制器以及数字信号处理器的连接变得容易。
(4)AD7862系列共有三个版本分别针对三种不同的输入范围。其中AD7862-10针对标准工业级输入范围正负1O伏;AD7862-3主要针对普通信号输入范围正负2.5 V。AD7862-2被用于单极O到2.5 V的输入范围。对AD7862-10和AD7862-3来说,转换输出的12位为二进制补码,对于AD7862-2来说,输出的为12位的原码。

2 接口电路程序设计

在本设计中用的是AD7862-10,采用高速转换模式,典型转换时序如图2所示。


图2中队应的时间参数的要求如下表1所示


从图2的时序图可以看出AD7862通过输入脉冲信号CONVST启动转换。在CONVST信号的下降沿,片上的两个track/hold都同时的被设置为hold状态,两个通道开始进行转换。转换时钟由内置的晶振提供。BUSY信号指示转换结束,同时两个通道的转换结果可以被读出。由AO的值来决定第一次读取的值是VA1或者VB1,第二次读取的是VA2或者VB2。当CS信号和RD信号为低时,数据被从12位的并行数据线上读取。在高速转换模式下,AD7862的转换时间为3.6 us,track/hold收集时间为0.3 us。为了保证最佳转换效果,在转换期间和下一次转换开始前300 ns不能进行读取操作。

上述的时序图对应为先读取VA1和VA2,然后在读取VB1和VB2,对应的信号AO首先被设为低电平,然后被拉为高电平。在设计驱动电路的过程中,一定要保证设计的时序满足上述时序参数的要求,不然就有可能发生采样不准,出错。

结合AD7862的转换速度,FPGA选择1O MHz的处理时钟。对于整个转换过程的控制用一个状态机来完成,状态机分为12个状态 (idie,convert1,busy1,reada1,wait1,reada2,swapchna1,convert2,busy2,readb1,wait2,readb2),其中idle状态为空闲等待转换状态;convertl指示第一次转换启动状态;busyl指示第一次转换状态;resdal状态下读取 VA1;waitl状态为读取VA1和VA2之间的等待状态;reada2状态下读取VA2;swapchnal状态指示交换到另一个通道进行转换;convert2指示第二次转换启动状态;剩余状态和前面的类似,只不过是针对VB1和VB2而言。设计代码如下(只描述VA1和VA2的部分,剩下的类似):

 

3 设计电路的仿真验证

       最终设计用QuartusⅡ软件编译综合后在板上测试,FPGA接口电路接受到的转换数据传给DSP芯片,然后将DSP受到的数据用实时监控软件显示。图3是给AD输入端加50 Hz的正弦波信号(同时对其中三个输入端加信号),监控软件显示的波形。


从图3波形图可以看出,接口驱动电路成功的控制了AD7862芯片的采样过程,从而验证了驱动电路设计的正确性

关键字:接口  接口电路  电路设计  设计

编辑:小来 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0215/article_1837.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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