探索MCP3913 ADC评估板：为16位MCU量身打造的开发利器

在电子工程师的日常工作中，评估和开发高性能的模拟前端（AFE）是一项关键任务。Microchip的MCP3913 ADC评估板为16位MCU提供了一个理想的平台，可用于评估MCP3913六通道AFE的性能，并开发基于16位微控制器的应用。今天，我们就来深入了解一下这款评估板。

文件下载：ADM00522.pdf

一、产品概述

1.1 评估板简介

MCP3913 ADC评估板系统为评估MCP3913六通道AFE的性能提供了机会，同时也为基于16位微控制器的应用提供了开发平台。它采用了现有的100引脚（PIC®）微控制器插件模块（PIM）系统，与Explorer 16和其他高引脚数PIC设备的演示板兼容。

该系统配备了一个预编程的PIC24FJ256GA110 PIM模块，可与能源管理实用软件进行通信，实现数据交换和ADC设置。通过USB连接到评估板，用户可以使用能源管理实用软件对MCP3913进行评估。软件的下载链接可在评估板的网页上找到，使用说明则包含在应用安装包的支持文档中。

1.2 功能亮点

• 六通道ADC输出显示：通过串行通信将MCP3913的输出显示到PC软件界面，方便用户观察和分析数据。
• 高性能表现：在OSR32地址循环ALL模式下，可实现57 ksps的同时采样；在OSR512模式下，SINAD可达95 dB，为高精度测量提供了保障。
• 系统和ADC性能分析：借助图形化的PC工具，如噪声直方图、频域（FFT）、时域示波器图和统计数值分析，用户可以深入了解系统和ADC的性能。
• 稳健的硬件设计：采用模拟接地和模拟/数字分离技术，在四层板上提供独立的电源和电源层，有效降低了噪声，为MCP3913设备的低噪声评估提供了良好的环境。
• 兼容性设计：配备PICtail™ Plus连接器，与Explorer 16子板兼容，方便用户进行扩展和开发。

1.3 评估板套件内容

• MCP3913 ADC评估板（部件编号ADM00522）
• PIC24FJ256GA110 PIM模块
• USB电缆
• 重要信息表

二、硬件描述

2.1 PIM模块/MCP3913连接及外设使用概述

评估板包含一个100引脚的PIM插座，与Microchip的PIM模块兼容。系统配备了一个PIC24FJ256GA110 PIM模块。

端口A、D和G用于连接按钮、输出LED、CS和(overline{CS})以及MCLR（用于MCP3913数据模式设置）。输出比较1用于MCP3913的时钟生成，串行通信通过MSSP模块1实现。

MCP3913是一款具有六个ADC的AFE，采用二阶调制器和三阶sinc滤波器，以及用于更高过采样率（OSR）值的一阶sinc滤波器。delta-sigma A/D转换器的过采样率可调，MCP3913的CLKIN引脚为过采样时钟（MCLK）输入。评估板为MCP3913的主时钟（MCLK）提供了两种选择：

• 使用晶体X1：评估板上安装了一个10 MHz的晶体，通过在MCP3913数字I/O头块上设置跳线，可将其作为时钟源。
• 由PIM模块驱动时钟：PIC MCU可通过输出比较模块OC1为MCP3913生成CLKIN（MCLK）信号，从而设置ADC采样率。OC1输出的频率基于固件中的PR1位设置。

2.2 模拟输入结构

评估板提供了六个差分输入路径，方便外部信号源连接到MCP3913的输入。螺丝端子连接器J1、J4、J7、J21、J23、J25、J27和J29为3引脚连接器，既可以作为螺丝型连接器，也可以作为夹式柱连接器使用。

需要注意的是，若要将螺丝端子连接器作为柱连接器使用，需拉起蓝色塑料顶部以访问柱子。连接器J1、J4、J7、J21、J23和J25可用于将差分通道转换为单端配置。R4和R11（CH0）、R19和R21（CH1）、R18和R65（CH2）、R69和R71（CH3）、R75和R77（CH4）以及R81和RR83（CH5）可作为任何电流互感器输入的负载电阻连接器。

2.3 通用串行总线（USB）

评估板还配备了USB连接，用于将评估板连接到PC。板上的MCP2200 USB转UART转换器可在PC上创建一个虚拟COM端口。此外，评估板还提供了RS - 232连接器，以防需要使用。RS - 232线路驱动器连接到MCU的相同UART引脚，因此评估板上有一个3引脚跳线（J16），用于选择使用USB还是RS - 232进行串行通信。

MCP2200由USB提供5V电源，Q1晶体管用于在评估板断电时将其与PC断开，以避免功耗。用户可以通过更改跳线J9的设置，选择评估板的电源来源为USB提供的+5V或外部+9V电源。

由于PIC24F运行在3.3V，使用了U11（见附录A）作为电平转换器，将信号电平修改为MCP2200所需的5V。为了实现更高速度的正确波特率，设计使用了7.3728 MHz的晶体，波特率设置为921.6 kbaud，寄存器（U1BRG）值为3（十进制）。

三、固件

3.1 PIC24FJ256GA110固件描述

3.1.1 MCU初始化

代码示例中使用的微控制器是16位XLP的PIC24FJ256GA110，具有16 MIPS的处理能力。该MCU具有可重映射引脚和带专用时基的输出比较功能。

MCU使用7.3278 MHz的晶体作为时钟，并通过内部PLL将频率提高四倍。选择这个不常见的晶体值是为了即使在高波特率下也能获得正确的波特率。可重映射引脚被配置为使PIM与Explorer 16开发板兼容。MCP3913通过SPI1端口与MCU连接，ADC时钟由OC1提供，MCP3913的DR引脚连接到外部中断2。

串行数据传输通过UART2模块进行。发送时使用OC2中断，接收时使用_U1RX中断。UART通信速度为921.6 kbaud。OC2用于串行传输，以创建短数据突发，以便MCP2200能够处理。在当前波特率下，如果连续发送过多字符而没有时间间隔，MCP2200可能会丢失数据。

需要注意的是，为了使代码示例正常工作，PIC24FJ256GA110必须是Rev. A5或更新版本。

3.2 数据采集

外部中断2用于检测MCP3913的转换结束。在INT2中断中，使用SPI从ADC读取数据样本。

当开始读取新缓冲区时，启动Timer4。Timer4与Timer5一起设置为32位定时器，在缓冲区满时停止，用于测量采样速度。

在读取数据样本之前，MCU会检查STATUSCOM寄存器中的地址循环设置（(READ <1:0> bits)），并相应地调整读取序列（当硬件中地址不自动递增时，MCU需要在固件中进行处理，导致读取序列变长）。采集的样本被写入MCU RAM中创建的六个长向量中，这些向量分别保存两个通道的第一、第二和第三个字节。向量长度为2048，Timer 4的值以及ADC内部其他寄存器的值存储在名为“internal_registers[26]”的向量中。

3.3 UART通信协议

串行连接用于以921.6 kbaud的速度将采集的数据发送到PC，MCP2200用于UART到USB的转换。

通信采用握手方式，即评估板只有在收到PC的命令后才会向PC发送数据。UART传输由输出比较模块OC2触发，使数据以短突发的形式发送到PC，突发之间有死区时间。这种数据发送方式使MCP2200能够处理高吞吐量。如果以当前波特率连续将所有数据发送到PC，MCP2200可能无法正确处理数据以进行USB传输。

完成一次完整传输后，通过提高UART RX中断的优先级来启用该中断，而其他中断的优先级较低。在该中断中，MCU需要接收用户在PC GUI中设置的内部寄存器的值。

四、附录

4.1 原理图和布局

附录A包含了MCP3913 ADC评估板的各种原理图和布局图，包括电源、ADC、微控制器（MCU）、PIM模块、LCD和UART等部分，以及电路板的顶层走线、底层走线、第二层接地层、第三层电源层、顶层丝印和焊盘、底层丝印和焊盘等。

4.2 物料清单（BOM）

附录B列出了构建MCP3913 ADC评估板所需的所有部件，包括电容、电阻、连接器、晶体、集成电路等。需要注意的是，物料清单中的部件仅为PCB组装的代表，实际生产中使用的BOM采用了所有符合RoHS标准的部件。

五、总结

MCP3913 ADC评估板为电子工程师提供了一个全面的平台，用于评估MCP3913六通道AFE的性能，并开发基于16位微控制器的应用。其丰富的功能亮点、稳健的硬件设计和详细的固件实现，为工程师们提供了强大的支持。你在使用类似评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。