MCP3903 ADC评估板：16位MCU的理想之选

在电子设计领域，一款性能出色的评估板能为工程师们的开发工作带来极大便利。今天，我们就来深入了解一下Microchip的MCP3903 ADC评估板，看看它究竟有哪些独特之处。

文件下载：ADM00310.pdf

一、评估板概述

MCP3903 ADC评估板专为16位MCU设计，主要用于评估MCP3903六通道ADC的性能。它不仅能让用户直观地了解ADC的各项性能指标，还为基于16位PIC® MCU的应用提供了一个优秀的开发平台。该评估板采用了现有的100引脚PIM系统，与Explorer - 16和其他高引脚数PIC演示板兼容，并且配备了已编程的PIC24FJ128GA010 PIM模块，可与LabView GUI进行数据交换和ADC设置。

二、硬件亮点

1. 强大的ADC性能

• 多通道输出显示：通过串行通信将六通道ADC MCP3903的输出显示在PC软件界面和LCD上，方便用户实时监测数据。
• 高采样率与低噪声：能够同时实现4 ksps的采样率，且信号 - 噪声和失真比（SINAD）达到91 dB，ADC最高可运行至64 ksps。同时，其稳健的硬件设计采用了模拟接地和模拟/数字分离技术，配合独立的电源和电源层（4层板），有效降低了噪声，为MCP3903设备的低噪声评估提供了保障。

  2. 灵活的时钟选择

  评估板为MCP3903的主时钟（MCLK）提供了两种选择：

• 使用晶体X2：板上配备了3.58 MHz的晶体，通过在MCP3903数字I/O头块上设置跳线，可将其作为时钟源。
• PIM模块驱动时钟：PIC® MCU可通过输出比较模块OC1为MCP3903生成CLKIN（MCLK）信号，用户还能在PC软件中通过更改“Sampling Speed Control”框中的值来改变OC1的信号频率，进而调整ADC的采样率。

  3. 便捷的模拟输入结构

  评估板提供了两条差分输入路径，方便外部信号源连接到MCP3903输入。边缘连接器JP1和JP2为3引脚连接器，既可以作为螺丝型连接器，也可以作为夹式柱形连接器使用。此外，通过这些连接器还能将差分通道配置为单端通道，R3、R4（CH0）和R1、R2（CH2）可作为电流互感器输入的负载电阻连接点。

  4. 丰富的通信接口

• USB转串口转换器：评估板配备了MCP2200 USB转UART转换器，可在PC上创建虚拟COM端口，方便与PC进行通信。同时，还设有RS232连接器，用户可通过3引脚跳线（J5）选择使用USB还是RS232进行串行通信。

三、代码示例

1. dsPIC33示例

如果用户需要在使用dsPIC33微控制器的系统中评估ADC，可在评估板上使用带有dsPIC33FJ256GA710A的PIM连接器。通过PC软件“MCP390x Data VIEW”，用户可以修改MCP3903的所有内部寄存器，UART通信速度为115.2 kbps。

• SPI通信：通过DMA1控制SPI通信，将数据从ADC传输到MCU。DMA1通道设置为使用空数据写入来正确读取MCP3903寄存器，每次读取7字节，但第一个字节不使用。在新的DMA读取之前，需在软件中控制CS引脚，并等待外部中断3指示新的采集。DMA1传输完成后，将DMA缓冲区内容移动到Vch0和Vch1缓冲区，直到缓冲区填满。此外，Timer 8和Timer 9配置为32位定时器，用于评估ADC在PC界面上的采样速度。在缓冲区填满后，还会使用DMA1读取MCP3903的内部寄存器，并将其状态存储在MCU中，以便后续发送到PC GUI。
• UART通信：使用UART外设将采集到的样本从MCU发送到PC。用户可以选择使用RS232 DB9连接器连接到PC的串口，也可以使用USB端口通过MCP2200 USB转TTL转换器在PC上创建虚拟串口。在固件中，MCU使用DMA2进行数据传输，通过RX中断接收来自PC的数据。

  2. PC软件

  PC软件“MCP390x Data VIEW”用于接收和显示数据，一次只能显示和处理两个通道的数据。用户可通过按下SW4（RD13）选择所需通道。在进行数据采集前，需先从“设备管理器”中识别COM端口号，在“VISA资源名称”中选择正确的COM端口号，然后按下“START”按钮开始数据采集。

• 寄存器和设置控制：用户可从“Edit”菜单中打开“Registers and Settings”窗口，控制MCP3903的内部寄存器、ADC的采样速度以及是否对采集的样本进行平均处理。
• 数据处理和显示：用户可以选择处理的数据量（最大长度为512），通过“Sampling Speed Control”更改ADC的采样速度。“Averages”控制可用于研究平均处理对性能指标的影响，但处理缓冲区会按平均处理的值相应减小。“Write Register”和“Read Register”选项卡用于设置和检查MCP3903的内部寄存器。
• 图形显示：“Waveform Graphs”显示时域信号，“Signal Spectrum”显示频域信号，用户可在“Graphs”菜单下的“Signal Spectrum”选项中更改Y轴刻度（线性或对数）。通过对时域信号进行快速傅里叶变换（FFT）可获得频谱信号信息，用户还可在主窗口下部的“Window”控件中选择窗口类型。“Histogram Graph”可用于研究代码的分布情况，有助于检查DC信号分布是否为高斯分布，用户可在“Graphs”菜单下的“Histogram”选项中更改位数（默认值为40）。
• 性能指标显示：软件下部的指标显示ADC的其他性能参数，主要指标为SINAD和有效位数（ENOB），ENOB值根据公式[ENOB=frac{SINAD - 1.76}{6.02}]计算得出。对于DC信号，显示噪声RMS信号（单位：µV）；对于AC信号，显示信号的RMS值。

四、其他资料

文档还提供了评估板的原理图、布局图和物料清单（BOM）。原理图包括模拟、LCD和UART、USB和内存、微控制器（MCU）、PIM模块、电源等部分；布局图展示了电路板的顶层和底层走线、丝印等信息；物料清单详细列出了评估板上使用的各种元器件，包括电容、电阻、LED、连接器等，且制造中使用的BOM采用了符合RoHS标准的元器件。

五、总结

MCP3903 ADC评估板以其丰富的功能、灵活的配置和良好的性能，为电子工程师们在16位MCU开发和ADC性能评估方面提供了有力支持。无论是从硬件设计还是代码示例来看，都体现了Microchip在电子领域的专业水平。你在使用类似评估板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。