基于FPGA的AD7862接口電路設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)在自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域和通信領(lǐng)域中有著廣泛運(yùn)用的AD7862芯片，介紹了一種基于FPGA的驅(qū)動(dòng)接口電路的設(shè)計(jì)。闡述了 AD7862的特點(diǎn)及基本功能，以及基于這些功能特點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)時(shí)序，并以此時(shí)序?yàn)榛A(chǔ)在FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)了AD7862的驅(qū)動(dòng)電路。給出了主要的VHDL 代碼以及最終的仿真測(cè)試結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)AD7862芯片的穩(wěn)定可靠驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的正確性。

關(guān)鍵詞：AD7862芯片；接口電路；FPGA；VHDL語(yǔ)言

O 引言

在自動(dòng)控制的很多應(yīng)用場(chǎng)合，都需要實(shí)時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣分析，然后由DSP來(lái)進(jìn)行運(yùn)算控制。AD芯片是采樣中最常用的芯片，本文主要對(duì) ADI公司的AD7862芯片進(jìn)行介紹，同時(shí)為它設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)接口電路。由于AD7862不能自動(dòng)工作，需要給它提供相關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)才能觸發(fā)它進(jìn)行轉(zhuǎn)換，本文用FPGA芯片給它做一個(gè)接口驅(qū)動(dòng)電路，并詳細(xì)的介紹了驅(qū)動(dòng)電路程序的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的電路為AD7862提供了非常好的驅(qū)動(dòng)作用，并在實(shí)際運(yùn)用中能使其穩(wěn)定的工作。

1 AD7862芯片簡(jiǎn)介

AD7862是美國(guó)ADI公司出品的12 bit高速，低功耗轉(zhuǎn)換器，單電源5伏供電。共有4個(gè)模擬輸入端，被分為兩個(gè)通道(A&B)，通過(guò)輸入端AO來(lái)進(jìn)行選擇。每一個(gè)通道有兩個(gè)輸入端(VA1＆VA2或者VB1&VB2)。能夠接受的模擬信號(hào)的輸入范圍為正負(fù)10伏。不過(guò)模擬信號(hào)的輸入端的過(guò)
壓保護(hù)允許輸入電壓達(dá)到正負(fù)17伏。原理框圖如圖1所示。

AD7862芯片具有以下特點(diǎn)：
(1)對(duì)每一個(gè)通道而言，從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換完成需要3．6μs的時(shí)間。
(2)芯片由5 V單電源供電，功耗低，工作時(shí)典型值為60 mW。具有自動(dòng)休眠模式，當(dāng)一次轉(zhuǎn)換完成后自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，節(jié)省電能。當(dāng)下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期來(lái)臨時(shí)在自動(dòng)蘇醒。
(3)提供一個(gè)高速并行接口，和微處理器、微控制器以及數(shù)字信號(hào)處理器的連接變得容易。
(4)AD7862系列共有三個(gè)版本分別針對(duì)三種不同的輸入范圍。其中AD7862-10針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)輸入范圍正負(fù)1O伏；AD7862-3主要針對(duì)普通信號(hào)輸入范圍正負(fù)2．5 V。AD7862-2被用于單極O到2．5 V的輸入范圍。對(duì)AD7862-10和AD7862-3來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換輸出的12位為二進(jìn)制補(bǔ)碼，對(duì)于AD7862-2來(lái)說(shuō)，輸出的為12位的原碼。

2 接口電路程序設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中用的是AD7862-10，采用高速轉(zhuǎn)換模式，典型轉(zhuǎn)換時(shí)序如圖2所示。

圖2中隊(duì)?wèi)?yīng)的時(shí)間參數(shù)的要求如下表1所示

從圖2的時(shí)序圖可以看出AD7862通過(guò)輸入脈沖信號(hào)CONVST啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在CONVST信號(hào)的下降沿，片上的兩個(gè)track／hold都同時(shí)的被設(shè)置為hold狀態(tài)，兩個(gè)通道開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由內(nèi)置的晶振提供。BUSY信號(hào)指示轉(zhuǎn)換結(jié)束，同時(shí)兩個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果可以被讀出。由AO的值來(lái)決定第一次讀取的值是VA1或者VB1，第二次讀取的是VA2或者VB2。當(dāng)CS信號(hào)和RD信號(hào)為低時(shí)，數(shù)據(jù)被從12位的并行數(shù)據(jù)線上讀取。在高速轉(zhuǎn)換模式下，AD7862的轉(zhuǎn)換時(shí)間為3．6 us，track／hold收集時(shí)間為0．3 us。為了保證最佳轉(zhuǎn)換效果，在轉(zhuǎn)換期間和下一次轉(zhuǎn)換開(kāi)始前300 ns不能進(jìn)行讀取操作。

上述的時(shí)序圖對(duì)應(yīng)為先讀取VA1和VA2，然后在讀取VB1和VB2，對(duì)應(yīng)的信號(hào)AO首先被設(shè)為低電平，然后被拉為高電平。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的過(guò)程中，一定要保證設(shè)計(jì)的時(shí)序滿(mǎn)足上述時(shí)序參數(shù)的要求，不然就有可能發(fā)生采樣不準(zhǔn)，出錯(cuò)。

結(jié)合AD7862的轉(zhuǎn)換速度，F(xiàn)PGA選擇1O MHz的處理時(shí)鐘。對(duì)于整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程的控制用一個(gè)狀態(tài)機(jī)來(lái)完成，狀態(tài)機(jī)分為12個(gè)狀態(tài) (idie，convert1，busy1，reada1，wait1，reada2，swapchna1，convert2，busy2，readb1，wait2，readb2)，其中idle狀態(tài)為空閑等待轉(zhuǎn)換狀態(tài)；convertl指示第一次轉(zhuǎn)換啟動(dòng)狀態(tài)；busyl指示第一次轉(zhuǎn)換狀態(tài)；resdal狀態(tài)下讀取 VA1；waitl狀態(tài)為讀取VA1和VA2之間的等待狀態(tài)；reada2狀態(tài)下讀取VA2；swapchnal狀態(tài)指示交換到另一個(gè)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換；convert2指示第二次轉(zhuǎn)換啟動(dòng)狀態(tài)；剩余狀態(tài)和前面的類(lèi)似，只不過(guò)是針對(duì)VB1和VB2而言。設(shè)計(jì)代碼如下(只描述VA1和VA2的部分，剩下的類(lèi)似)：

3 設(shè)計(jì)電路的仿真驗(yàn)證

最終設(shè)計(jì)用QuartusⅡ軟件編譯綜合后在板上測(cè)試，F(xiàn)PGA接口電路接受到的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳給DSP芯片，然后將DSP受到的數(shù)據(jù)用實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件顯示。圖3是給AD輸入端加50 Hz的正弦波信號(hào)(同時(shí)對(duì)其中三個(gè)輸入端加信號(hào))，監(jiān)控軟件顯示的波形。

從圖3波形圖可以看出，接口驅(qū)動(dòng)電路成功的控制了AD7862芯片的采樣過(guò)程，從而驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的正確性。