高精度AD轉(zhuǎn)換器LTC1606及其應用
關鍵詞：LTC1606 DSP 數(shù)據(jù)采集
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ＬＴＣ１６０６是ＬＩＮＥＡＲ公司生產(chǎn)的具有采樣保持功能的１６位高速ＡＤＣ。該ＡＤＣ分辨率高，采樣速率高、功耗小，可在高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中廣泛應用。其主要特點如下：
●含有１６位采樣保持功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
●２５０ｋＨｚ采樣速率，信噪比達９０ｄＢ；
●信號輸入范圍為±１０Ｖ；
●采用單５Ｖ電源供電，典型功耗為７５ｍＷ；
●片內(nèi)自帶基準源，也可以外接基準源；
●片內(nèi)自帶同步時鐘；
●采用２８腳ＳＳＯＰ封裝；
●帶有和ＭＣＵ兼容的１６位并行輸出端口。
２?。蹋裕茫保叮埃兜囊_介紹及使用說明
２．１ ＬＴＣ１６０６的引腳介紹
ＬＴＣ１６０６的引腳排列圖如圖１所示，各引腳功能及使用說明如下：
ＶＩＮ：模擬量輸入端，使用時應通過２００Ω的電阻連接到需轉(zhuǎn)換的模擬輸入，滿量程為±１０Ｖ；
ＡＧＮＤ１、ＡＧＮＤ２：模擬地；
ＲＥＦ：２．５Ｖ基準源輸入端，通常接２．２μＦ的旁路鉭電容，也可以接外部基準源；
ＣＡＰ：基準緩沖輸出，應接１０μＦ電容旁路到地；
Ｄ１５～Ｄ８：三態(tài)數(shù)據(jù)輸出端，當ＣＳ為高或Ｒ／Ｃ 為低時，輸出為高阻態(tài)；
ＤＧＮＤ：數(shù)字地；
Ｄ７～Ｄ０：三態(tài)數(shù)據(jù)輸出端，當ＣＳ為高或Ｒ／Ｃ 為低時，輸出為高阻態(tài)；
ＢＹＴＥ：字節(jié)選擇端，當ＢＹＴＥ端接低電平時，Ｄ１５～Ｄ０按１６位并行輸出數(shù)據(jù)；當ＢＹＴＥ端接高電平時，高８位和低８位分兩次并行輸出；
Ｒ／ Ｃ：Ｒｅａｄ／Ｃｏｎｖｅｒｔ輸入端，當ＣＳ為低時，在 Ｒ／ Ｃ端的下降沿啟動采樣保持器并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并在Ｒ／ Ｃ的上升沿將使能數(shù)據(jù)輸出；
ＣＳ：片選端，當Ｒ／ Ｃ為低時，在ＣＳ引腳的下降沿啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換，當Ｒ／Ｃ 為高時，在ＣＳ引腳的下降沿使能數(shù)據(jù)輸出；
ＢＵＳＹ：模數(shù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出引腳。當進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，該引腳輸出低電平，當ＢＵＳＹ端產(chǎn)生一上升沿時，表示模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)輸出端有效。當ＢＵＳＹ產(chǎn)生上升沿時，ＣＳ和Ｒ／ Ｃ必須為高；
ＶＡＮＡ：模擬５Ｖ電源輸入端，接０．１μＦ的陶瓷電容和１０μＦ的鉭電容旁路到地；
ＶＤＩＧ：數(shù)字５Ｖ電源輸入端，使用時接到ＶＡＮＡ。
２．２ Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的啟動和數(shù)據(jù)讀取
ＬＴＣ１６０６在ＣＳ和Ｒ／ Ｃ腳的共同作用下，可在下述兩種情況下開始一次Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換：一是當Ｒ／ Ｃ腳為低電平時，將在ＣＳ引腳的脈沖下降沿啟動一次Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。該負跳變脈沖至少應持續(xù)４０ｎｓ，且最大脈沖寬度應不超過６μｓ。二是當ＣＳ引腳為低電平時，可在Ｒ／ Ｃ腳的脈沖下降沿啟動一次Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。這種方式對負跳變脈沖的要求與第一種情況相同。
在一次Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換啟動后，ＢＵＳＹ腳將變?yōu)榈碗娖讲⒈３种敝帘敬无D(zhuǎn)換完成。當ＢＵＳＹ為低時，新的轉(zhuǎn)換命令將不起作用。應注意的是，在ＢＵＳＹ變高之前，Ｒ／ Ｃ和ＣＳ必須變?yōu)楦?，否則將啟動一次無效的轉(zhuǎn)換過程。
ＬＴＣ１６０６的轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進制補碼的形式并行輸出。轉(zhuǎn)換結(jié)果可按字?１６位?讀取，也可按字節(jié)?８位?分兩次讀取。在一次轉(zhuǎn)換完成之后，轉(zhuǎn)換結(jié)果送入輸出寄存器鎖存。當且僅當Ｒ／ Ｃ為高電平而ＣＳ為低電乎時，轉(zhuǎn)換結(jié)果才能被讀取。
芯片轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出線的高字節(jié)和低字節(jié)的位置可用ＢＹＴＥ腳電平的變化加以改變，這樣ＬＴＣ１６０６芯片與１６位數(shù)據(jù)總線和８位數(shù)據(jù)總線的微處理器均能接口，可滿足不同的應用場合，從而使ＬＴＣ１６０６具有較廣的應用范圍。
３ 高精度數(shù)據(jù)采集電路設計
ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０ｘ是德州儀器（ＴＩ）公司推出的基于Ｃ２ｘＬＰ １６位定點低功耗的數(shù)字信號處理器系列，該系列可用于各種數(shù)字伺服控制和嵌入式控制系統(tǒng)。２４０ｘ系列ＤＳＰ芯片除具有ＤＳＰ芯片共有的速度快的特點外，最大的特點是片上集成了大量的外圍資源，主要包括雙存?。遥粒鸵约埃疲蹋粒樱群蛢蓚€事件管理模塊ＥＶＡ、ＥＶＢ，在事件管理模塊中主要有以下功能模塊：定時器、ＰＷＭ信號發(fā)生器、ＣＡＮ現(xiàn)場總線接口、ＳＣＩ串行通信接口、看門狗定時器以及通用的雙向數(shù)字Ｉ／Ｏ端口等。
筆者在研究海洋重力傳感器的信號提取過程中，為了實現(xiàn)高精度的信號采集?進行了大量的數(shù)據(jù)處理運算，并且以此為基礎實現(xiàn)了伺服控制。應用時采用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ作為這個系統(tǒng)的主控芯片，通過ＬＴＣ１６０６實現(xiàn)對模擬信號的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，圖２所示為數(shù)據(jù)采集部分的電路原理圖。
在圖２所示的電路中，在５Ｖ供電的ＬＴＣ１６０６和３．３Ｖ供電的ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ之間加上了兩片１６位的總線驅(qū)動器。這樣，ＬＴＣ１６０６接地可使其工作在１６位并行輸出方式下，這樣可以很方便地實現(xiàn)和１６位ＤＳＰ的接口設計。為使ＬＴＣ１６０６的控制邏輯變得比較簡單，可將ＣＳ接地。在這種情況下，如果Ｒ／ Ｃ引腳變低，ＬＴＣ１６０６將對輸入信號進行采樣保持，并開始模數(shù)轉(zhuǎn)換。而在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，ＢＵＳＹ將變低，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時微處理器將從ＬＴＣ１６０６的數(shù)據(jù)端口讀出模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。
在用ＤＳＰ對ＬＴＣ１６０６進行控制時，可用ＤＳＰ的一次“假寫”操作將ＷＥ引腳置低，并使ＬＴＣ１６０６ Ｒ／ Ｃ引腳變低，從而啟動ＬＴＣ１６０６進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時，再由狀態(tài)引腳ＢＵＳＹ的上升沿信號產(chǎn)生ＤＳＰ的外部中斷ＸＩＮＴ１所需的中斷源信號，從而在ＤＳＰ的中斷程序中讀出模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，并進行相應處理，然后啟動下一次模數(shù)轉(zhuǎn)換。值得注意的是，ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ的ＸＩＮＴ１外部中斷的極性是可編程的，在該系統(tǒng)中，必須將其編程為上升沿觸發(fā)。
圖３所示為ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ控制ＬＴＣ１６０６進行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換的時序圖，在編制ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ的數(shù)據(jù)采集程序時，采用匯編語言具有較高的效率，下面給出和數(shù)據(jù)采集相關的初始化程序和讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果的中斷子程序：
（１） 數(shù)據(jù)采集初始化子程序
ＡＤＩＮＩＴ?
ＳＥＴＣ ＩＮＴＭ ;關總中斷
ＣＬＲＣ ＳＸＭ
ＣＬＲＣ ＯＶＭ
ＣＬＲＣ ＣＮＦ ;Ｂ０區(qū)被配置為數(shù)據(jù)空間
ＳＰＬＫ ＃０Ｅ８Ｈ,ＷＤＣＲ ;不使能ＷＤＴ
ＬＤＰ ＃０Ｅ１Ｈ
ＬＡＣＬ ＭＣＲＡ
ＯＲ ＃０４Ｈ
ＳＡＣＬ ＭＣＲＡ ;配置串行口引腳為特殊功能:ＸＩＮＴ１
ＬＤＰ ＃０Ｅ０Ｈ ;指向７０００ｈ～７０８０ｈ區(qū)
ＳＰＬＫ ＃０００５Ｈ,ＸＩＮＴ１ＣＲ ;使能ＸＩＮＴ１中斷，并將ＸＩＮＴ１設為高優(yōu)先級，同時使其在上升沿時產(chǎn)生中斷
ＬＤＰ ＃０Ｈ
ＳＰＬＫ ＃０００１Ｈ,ＩＭＲ ;使能中斷第１級ＩＮＴ１
ＳＰＬＫ ＃０ＦＦＦＦＨ,ＩＦＲ ;清全部中斷標志
ＣＬＲＣ ＩＮＴＭ ;開總中斷
ＲＥＴ
（２） 據(jù)采集中斷子程序
ＧＩＳＲ１: ?;優(yōu)先級ＩＮＴ１中斷入口保護現(xiàn)場
ＬＤＰ ＃０Ｅ０Ｈ
ＬＡＣＣ ＰＩＶＲ,１ ?;讀取外設中斷向量寄存器（ＰＩＶＲ）,并左移一位
ＡＤＤ ＃ＰＶＥＣＴＯＲＳ ;加上外設中斷入口地址
ＢＡＣＣ ?;跳到相應的中斷服務
子程序
ＡＤＲＥＡＤ_ＩＳＲ:? ?;讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果中斷程序
ＬＤＰ ＃０Ｈ
ＩＮ ＡＤＲＥＳＵＬＴ,０ＦＦＦＦＨ ?;讀?。粒霓D(zhuǎn)換結(jié)果，將其存于變量ＡＤＲＥＲＵＬＴ中
ＣＡＬＬ ＤＡＴＡＭＡＮＡＧＥ ;調(diào)數(shù)據(jù)處理函數(shù)
ＬＤＰ ＃０Ｈ
ＳＰＬＫ ＃０ＦＨ , ＳＴＡＲＴＡＤ
ＯＵＴ ＳＴＡＲＴＡＤ , ０ＦＦＦＥＨ ?;啟動Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換
ＣＬＲＣ ＩＮＴＭ ?;開總中斷,因為一進中斷就自動關閉總中斷
ＲＥＴ ?;中段返回
４ 結(jié)束語
由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ＬＴＣ１６０６和ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集電路中，其外圍電路和接口均很簡單，利用ＬＴＣ１６０６的高分辨率和ＤＳＰ的高速性能可滿足高精度的數(shù)據(jù)采集要求，并能完成大量復雜的數(shù)據(jù)處理工作，從而兼顧了數(shù)據(jù)采集處理的高精度和高速性，因此，具有廣泛的適用范圍。
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