随着数字信号处理技术的飞速发展，利用数字系统处理模拟信号的技术已经被运用到测绘?控制等众多领域。将模拟转换成数字量输出接口的A/D转换器正在向低功耗?高速度?高分辨率的方向发展。同时，对于信号采集系统的要求也变得更高?更多样。本文介绍利用高效灵活的数模转换芯片AD7656与高性能数字信号处理器ADSP 21369实现的多路信号采集系统。 

1 系统芯片简介 

　　本采集系统采用AD7656为前端ADC，利用ADSP 21369实现数据的接收处理。 

　　AD7656是ADI公司的一款高性能ADC，它具有6个独立ADC通道，采用iCMOS处理技术，可以实现6通道16bit逐次逼近(SAR)采样，每个通道最高可达250kS/s的吞吐速率。具有低功耗宽输入带宽的特点，50kHz输入频率下SNR为86.5dB。片上有2.5V基准电压源和基准缓冲器，支持并行?串行以及菊花链接口模式，支持软硬件配置方式。 

　　ADSP 21369是ADI SHARC系列处理器的第三代产品，具有出色的处理性能。数字音频接口(DAI)和数字外设接口(DPI)都可以通过用户自定义访问系统外设。这些自定义访问接口，运用灵活，配置也十分简便。 

　　本系统就是通过DAI访问数据接收的SPORT0口， 通过DPI配置产生启动信号的FLAG信号。具体应用将在后面的章节里详细介绍。 

2 系统设计 

　　整个数据采集系统由AD7656实现对模拟信号的采集转换，利用ADSP 21369接收采集到的数据，恢复波形。下面对整个系统设计及原理进行介绍。 

2.1 AD7656外围配置 

　　AD7656有非常灵活的工作方式配置，可以采用软硬件可选的配置方式，支持串行和并行等数据传输方式，串行输出还可以选用三通道?双通道以及单通道三种模式。本系统采用硬件配置方式，避免了繁琐的软件编程以及相应通信接口的设计，仅通过配置外部控制管脚的电平便可实现对芯片工作方式的设置。串行接口通信方式简单。基于开发效率以及系统复杂度的综合考虑，本设计使用硬件配置方式，选用了6通道采集单通道串口传输的方式对数据进行采集传输。 

　　选用硬件配置的方式，设置H/S SEL为低电平;选用单通道数据传输，设置SEL A=1，SEL B=0，SEL C=0，数据将从DOUTA通道输出。同时所有通道的CONVST信号连接在一起，保证所有通道同步采样。设置SER/PAR管脚为高电平，使用串行方式传送数据。 

2.2 AD7656与DSP的接口设计 

　　AD7656的串口工作时序如图1所示， 通过CONVST信号启动转换过程，BUSY标志着AD7656的工作状态，BUSY为高时表示处于转换状态，转换完毕后，BUSY信号变低，CS信号置低使数据在时钟节拍下发送出去。 

　　由于AD7656发送数据不是完全连续的，所以DSP需要在同步信号的协调下进行数据接收。ADSP 21369的帧同步信号可以采用输入或输出两种方式，而且有效电平也可以设置，应用十分灵活。在帧同步信号FS启动后，数据将随着时钟节拍被读取。 

　　值得注意的是，由于AD7656转换过程只需要3μs， BUSY信号高电平脉宽很窄，无法满足DSP所需帧同步信号脉宽的要求，不能直接充当DSP的帧同步信号使用。为了准确获取数据转换完毕的时刻，利用BUSY信号作为中断源，每次数据转换完毕时产生一个外部中断。在中断中，启动串口。由DSP发出的帧同步信号作为AD7656的CS信号，数据采集及转换过程中，CS保持高电平，此时无数据输出;转换完成后才使CS有效，以完成数据的传输。这样既能及时获取数据，又不会发生数据丢失的情况。 

　　图2展示了AD7656和ADSP的接口连接。采用通用I/O管脚产生周期性的CONVST信号，转换完毕以后产生中断，进入传输数据的状态，配置好的SPORT口发送同步信号使能CS，同时提供时钟读取数据。

2.3 DSP SRU设置 

　　ADSP 21369具有信号路由单元(SRU)，可以根据需要自定义与DAI及DPI相关的系统外设访问，提高了管脚的复用率以及系统的灵活性。 

    SRU的配置也十分简便，可以直接使用宏定义SRU(input，output)，也可以利用VDSP中的工具进行可视化连接，然后自动生成所需的配置代码。本系统利用SRU对SPORT口的输入输出信号进行配置，部分配置代码如下: 

void InitSRU() 

{ 

　　SRU(HIGH，PBEN01_I);//SPORT0_CLK-->DAI_PIN1 

　　SRU(SPORT0_CLK_O，DAI_PB01_I); 

　　SRU(LOW，PBEN20_I);//DAI_PIN20-->SPORT0_DA 

　　SRU(DAI_PB20_O， SPORT0_DA_I); 

　　//其余管脚定义类同 

} 

2.4 软件设计 

　　数据采集主要是CONVST信号的发送和检测由BUSY信号引起的IRQ中断信号。软件延时产生一定频率的CONVST采样信号启动AD7656进行数据转换，完成后BUSY脉冲引起DSP的IRQ中断，在中断程序中配置使能SPORT口，为数据传输提供帧同步和时钟信号。每次数据接收完毕，进入SPORT中断，对下一次数据接收地址进行配置，关闭SPORT口避免数据的误读。图3为数据采集流程。 

3 数据采集结果及性能分析 

3.1 数据采集结果 

　　AD7656具有6个输入通道，选用通道5作为信号源输入端口(每个通道工作情况一致，此处仅以通道5为例说明)。ADSP 21369按照各通道存储接收到的数据，利用Visual DSP++的spot窗口(View->Debug Windows->Plo))观察各通道数据接收情况，如图4所示。由图中结果可以看出，连接信号源的通道能够成功恢复波形，其余接地通道都是小幅度噪声，结果符合预期期望。 

3.2 数据传输时序 

　　图5为一帧数据传输的实测时序。其中，Ch1表示SPORT口时钟信号;Ch2是AD7656的BUSY信号; Ch3是ADSP SPORT口帧同步信号; Ch4是ADSP接收数据信号。可以清楚看到，BUSY信号产生后，经过一段时延即产生帧同步信号，相应使能了AD7656的CS信号，同时提供时钟信号，数据随着时钟节拍成功传输。 

3.3 系统最大性能估算 

　　根据AD7656手册可知，AD7656的SCLK可接受的输入上限为18MHz，处理器串口时钟可达50MHz，所以AD7656的时钟范围是限制本系统性能的一个重要指标。由此推算本系统能达到的最高采样率。 

　　本系统采用FLAG信号利用软件延时作为CONVST信号的输入，单路串行输出6通道数据，每个通道有16bit数据，这就意味着每个采样周期至少要保证16×6个时钟周期才能确保6个通道数据接收完整。根据SCLK最高18MHz的传输能力可知，理论上最高采样率为18/96=187.5MHz。 

　　但是由于每个采样周期数据转换还将消耗一定时间，在采样率较高的情况下，转换所消耗的时间已经不能忽略，所以实际上系统无法达到此速度。下面将推导实际能达到的最高速度。 

　　假设采样周期为Tconvst，通道数据转换时间为3μs，所以 Tconvst-3代表采样周期中传输数据的时间。6通道总数据量为96个时钟周期，所以(Tconvst-3)/96近似为每bit数据的时钟周期。由于sclk最大为18MHz，因此该模式下最高采样频率为: 

　　(Tconvst(max)-3)/96=1/18 

　　Tconvst(max)≈8.33μs 

　　即最高采样率为1/Tconvst(max)=120kS/s 

    同理可知，若采用三口同时输出转换数据，实际最高采样率能达到209kS/s。与实际试验结果一致。 

    利用AD7656和ADSP 21369成功实现了模拟信号的数据采集，并且能够达到较高的采样率，具有很大的实用价值。该系统结构简单，配置灵活方便。由于处理器的高性能还具有良好的扩展性，可以结合其他设备应用于ADC的众多领域。 

参考文献 

[1] Analog Device，Inc.AD7656/AD7657/AD7658 Datasheet Rev A，2006. 

[2] Analog Device，Inc.EVAL-AD7656:Evaluation Board for 16-Bit，6-Channel Simultaneous Sampling ADC Data Sheet Rev 0，2007. 

[3] Analog Device，Inc.ADSP-21368 SHARC Processor Hard-ware Reference[Includes ADSP-21367，ADSP-21369， ADSP-21371，ADSP-21375]Revision 1.0，2006，9. 

[4] Analog Device，Inc.ADSP-21369 EZ-KIT Lite Manual Rev 2.1，2006，8. 

[5] 冯小平，罗勇江，罗明，等.ADSP技术与应用.北京:机械工业出版社，2008.