AD1871型模数转换器的应用

 

　　1 引言

　　AD1871是目前市场上动态范围、采样速率和采样精度等指标都很突出数据的一款24位ADC，它的推出为设计高速、高精度数据采集系统提供了一种较好的解决方案。由于其输出为串行输出，当其和MCU直接相连时，会使采样系统的采样速率大大降低。笔者采用现场可编程门阵列(FPGA)设计了ADl871和MCU之间的接口，由FPGA完成对ADl871的控制，并将其输出的串行数据在FPGA的内部变为并行数据，并行后的数据以8位或12位为一组发给MCU。由于FPGA的实际传输速率可以满足和ADl871的传输速率要求，故上述“瓶颈”得以解决。

　　2 接口设计

　　2.1 时钟设计

　　图1示出A/D转换器的输入时钟设计，MD转换器工作在从模式下时，需要外部提供RLCLK和BCLK。在主时钟MCLK的输入下，通过对MCLK 4分频得到BCLK的信号，用来作为位数据提取的信号。RLCLK是通过对BCLK的32分频得到的，用来区分左右通道的数据，同时输出EN信号作为后续处理的同步信号。

　　

 

　　2.2接口设计

　　在图2中，输入为MCLK(主时钟)、RESET(启动信号)和SHIFTIN(A/D输出数据)，输出为RL(左右帧信号)、BCLK(A/D数据位时钟)，TXT(并行数据读取控制)和SHIFTOUT(并行数据输出)。通过时钟控制输出BCLK和 RLCLK到AD1871，AD1871传出数据SHIFTIN进入SHIFT模块，SHIFT模块在正确的位时钟下读取SHIFTIN的输入数据，并进行串，并转换，之后输出8位或12位的数据。同时输出TXT并行数据读取控制。

　　

 

　　2.3 SHIFT模块程序

　　Emity shifill is

　　PORT(BCLK：IN STD_LOGIC;一输入的BCLK位信号

　　CR ：IN STD_LOGIC;--输入的使能信号

　　SHIFTIN：IN STD_LOGIC：--AD输入的串行信号

　　RLEN：IN STD_LOGIC;--输入的RLCLK使能，帧对准信号

　　TXTS：OUT STD_LOGIC;--8位的组信号输出控制信号

　　sddddd：OUT STD_LOGIC_VECTOR (7DOWNTO 0); --8位并行信号输出);

　　end shift11：

　　architecture Behavioral of shift11 is

　　SIGNAL TEMPDATE：STD_LOGIC_VEC—TOR(8 DOWNTO 0);

　　SIGNAL TEMPO11：STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO 0)：=“00000000”;

　　SIGNAL Q：INTEGER RANGE 0 T0 7;

　　一并行信号计数8位产生一个脉冲;

　　SIGNAL Q4：INTEGER RANGE 0 TO 3;

　　--有用信号选择，选择32位中的24位;

　　

 

　　笔者用MaxPlus II对以上设计进行仿真后得到图3所示的时序图，完全满足设计要求，从图3可以看出串行输入的数据(shiflin)变成并行的数据(shiftout) 输出，在此过程中数据延时8个周期，每个txts的上升沿提取数据能保证数据的正确性。因为从数据的变动到txts的上升沿有400ns，大于FPGA的数据建立时间(25ns~50ns)，可以保证提取数据的正确性。

　　

 

　　3 小型采样系统

　　图4示出采用ADl871构成的采样系统结构。整个系统在1个FPGA上实现，分为3部分：并转换模块;ADC控制和配置;UART通信。

　　

 

　　具体的功能是实现ADC的初始化、信号的采集存储及UART通信。

　　工作原理是由ADC控制模块来接收PC的数据，转发控制数据到ADC，对ADC的工作状态进行配置。完成后ADC采样并储存在FIFO中，通过控制向单片机传送数据。

　　从仿真结果看，整个系统的工作正常，说明接口设计的正确性和可行性。

　　4 结束语

　　由ADl871构成的数据采集系统具有高分辨率、宽动态范围、高信噪比等特点，特别适用于高精度数据采集系统。∑-△型ADC具有抗干扰能力强、量化噪声小、分辨率高、线性度好、转换速度较高、价格合理等优点，因此越来越多地受到电子产品用户及设计人员的重视。解决这类ADC的接口问题在实际设计中具有重大意义。