多通道模／数转换器AD7890与DSP的接口设计

随着工业技术进步，对数字控制伺服系统中执行效率和集成化程度的要求越来越高。比如用单处理器控制多个伺服系统时，对多通道A／D转换的效率要求较高。以往较多地使用多路模拟开关与单通道A／D转换器来实现，效率较低，使用模拟开关带来的噪声也比较严重。在此，选用串行多通道A／D转换器AD7890与TMS320F2812处理器的SPI接口组成A／D转换模块，非常适合应用于多轴伺服系统。AD7890是一款8通道12位串行A／D转换器，具有高转换效率(转换时间仅为5．9μs)、高速灵活的串行接口、多通道等优点。其中，AD7890-10输入电压范围为-10～+10 V。TMS320F2812处理器上集成了多种先进的外设，为实现电机及其他运动控制领域的应用提供了良好的平台，它所提供的SPI接口通常用于DSP处理器和外部设备及其他处理器之间的通信。SPI分主、从两种工作方式，数据长度可编程(1～16 b)，并能同时进行接收和发送操作，通常用于DSP处理器和外部外设以及其他处理器之间的通信，这使它能很方便地与AD7890采用主／从模式进行通信。

1 AD7890工作模式和原理
AD7890的SMODE引脚是工作模式控制输入端，它决定了器件是工作于外部时钟模式(作为从设备)，还是内部时钟模式(作为主设备)。当SMODE置于高电平时，器件工作在外部时钟模式，由主设备提供时钟信号SCLK和接收帧同步信号RFS，AD7890可接收的最大串行时钟频率达10 MHz；当SMODE置于低电平时，器件工作在内部时钟模式，自身提供时钟信号SCLK和接收帧同步信号RFS，其时钟频率由CLK引脚输入时钟频率决定。本文以DSP作为主控制器，AD7890作为从设备，由DSP的SPI口提供串行时钟。
AD7890通过片内高速双向串行数据接口接收控制字和输出转换结果。通过向控制寄存器写数据可以确定转换通道、转换开始信号等信息。其控制寄存器包含5位数据，因此至少需要6个SCLK脉冲才能完成对寄存器的写操作。其中，A2，A1，A0分别为通道地址选择最高位、次高位、最低位。通道选择算法为：通道号=4A2+2A1+A2+1。发送数据的第5个SCLK脉冲下降沿过后的数据均为无效数据。控制字写入寄存器后，器件即启动内部延时脉冲，保证在转换开始前跟踪／保持器有足够的时间来完成转换通道的建立和切换。该延时脉冲宽度取决于引脚电容的CEXT值。一般引脚电容值取CEXT、120 pF或200 pF。据测试，此时延时脉冲宽度分别约为7．Oμs和9．6μs。向控制寄存器写数据时CEXT，引脚电平由低变高，电容在第6个时钟脉冲的下降沿开始放电，电压降低至2．5 V以下时内部延时脉冲结束，同时A／D转换开始，5．9μs后转换结束。若此时串行读操作已完成，且RFS已变高为高电平，则用新的转换结果更新输出寄存器。至此，一次A／D转换结束。图1为AD7890工作原理图，从示波器获取的图片显示了CEXT引脚电平、SCLK脉冲与A／D转换过程时间的关系。