ADS7852与TLV5613在DSP中的接口设计
2008-07-22
作者：赵顺珍
摘 要：介绍了ADS7852、TLV5613的工作原理及其应用，重点给出了ADS7852、TLV5613与2000、5000系列DSP的兼容接口设计" title="接口设计">接口设计，并介绍了设计原理图。此设计解决了5000系列DSP外扩AD和DA的问题，同时弥补了2000系列DSP中AD采样速度或精度低的问题，最后给出了AD与DA联调时的软件流程图。
关键词: ADS7852 TLV5613 DSP
随着数字信号处理技术的飞速发展，DSP应用技术逐渐成为电子、控制等领域的核心控制处理器。但鉴于2000系列DSP中AD采样速度或精度不够、5000系列DSP无AD的问题，本文着重介绍了与2000及5000系列DSP兼容的外扩AD与DA的设计方法，可为使用DSP的用户或读者提供参考。
1 ADS7852芯片简介及其应用
1.1 A/D" title="A/D">A/D转换器分类
A/D转换器根据原理可分为两大类。一类是直接型A/D转换器，另一类是间接型A/D转换器。在直接型A/D转换器中，输入的模拟电压被直接转化为数字代码，不经任何中间变量；在间接型A/D转换器中，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等），然后再把这个中间量转化为数字代码输出。目前应用比较广泛的主要有三种类型：逐次逼近型A/D转换器、双积分型A/D转换器和V/F变换式A/D转换器，逐次逼近型A/D转换器应用较广。因此，该设计的A/D部分选用了TI公司的ADS7852芯片。
1.2 ADS7852芯片简介
ADS7852 是德州仪器公司的一款高速逐次逼近式A/D 转换器。具有8 路输入、并行12 位输出,可满足多路采样的问题，内部带2.5V 基准电压,转换时间最大只需1.75μs。其封装形式为TQFP。ADS7852共有32个引脚,AIN0～AIN8为8路模拟输入,DB0～DB11为12位数字输出, A0～A2为8路模拟输入的地址选择；Vss为电源电压,VREF为外接参考电压,若不用可接2.2μF和0.1μF去耦电容各一个；AGND和DGND分别为模拟地和数字地,CLK为时钟输入(200kHz～8MHz),BUSY为忙指示输出,CS、RD 和WR 分别为片选信号、读信号和写信号。
其工作原理为: 首先CS引脚置低,然后通过设置A2、A1 和A0 的值来选择输入通道(000～111分别对应0～7通道) , 置低WR引脚开始启动AD转换。在AD转换期间,BUSY 引脚输出低电平并保持到转换结束, 转换完成后BUSY 引脚输出变为高电平, 在DB11-DB0 上输出12 位有效数据, 等待处理器读取, 一次转换完成。BUSY 引脚的上升沿可以锁存12 位转换数据。需要注意的是在AD 转换之后, 当RD 和CS 变为高电平之后, A1 和A0 脚应保持低电平, 否则ADS7852 将进入掉电模式。
1.3 ADS7852与DSP接口设计
在设计中，考虑到与单片机接口的兼容性，使用了DSP的低8位数据总线与ADS7852的低8位数据线相连，当AD转换完成，ADS7852的高4位数据进行第一次读低8位数据时，送入外部锁存；第二次由三态缓冲器读出。其具体设计的原理图如图1所示。
图1 ADS7852原理图
在图1中，CS0、CS1、IORD、IOWR、CLK等均为软件译码得到的信号，这样设计可以简化硬件设计，只需1块逻辑器件即可，该设计选用的是XILINX公司的XC9536芯片，编程使用VHDL语言。用户可以通过对XC9536的编程，选择200K到8M的CLK，具有编程的灵活性和应用的可选择性。其中DSP的CLKOUT作为输入的时钟信号。在硬件设计中，BUSY信号通过二号孔引出，这样就方便了用户的编程可选择性。读取AD转换完的数据，除了用延时方法外，还可以对BUSY信号进行查询编程，或通过DSP的外部中断进行编程。这样的设计使用户的编程方法更加具有灵活性和多样性。
2 TLV5613芯片简介
2.1 D/A" title="D/A">D/A转换器分类
D/A的转换器根据原理可分为两大类：一类是直接型D/A转换器，另一类是间接型D/A转换器。在直接型D/A转换器中，输入的数字信号被直接转化为模拟量，不经任何中间变量；在间接型D/A转换器中，首先把输入的数字信号转换成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等），然后再把这个中间量转化为模拟代码输出。直接型D/A转换器比较受用户青睐，因此，该设计的D/A部分选用了TI公司的TLV5613芯片。
2.2 TLV5613芯片简介
TLV5613是12位电压输出数/模转换器（DAC），它具有一个与 8 位微控制器兼容的并行接口。使用三个不同的地址来写入8个最低位、4 个最高位和3个控制位。TLV5613可工作于2.7V～5.5V较宽的电源电压范围。
电阻串上的输出电压" title="输出电压">输出电压由2倍增益的轨到轨（rail-to-rail）输出缓冲器缓冲。缓冲器是一个A类输出级（慢速方式时为 AB 类）以改进稳定性和减少建立时间。DAC 可编程的建立时间使设计者在速度和功耗的关系上做最佳选择。建立时间可以由 16 位数据字中的控制位来选择。
2.3 TLV5613与DSP接口设计
TLV5613是一款与8 位微控制器兼容的并行接口，由A0和A1两根地址线确定选择低位数据寄存器或高位寄存器或控制寄存器：当A1A0=00时，表示访问低8位数据寄存器；当A1A0=01时，表示访问高8位数据寄存器；当A1 A0=10时，地址无定义；当A1A0=11表示访问控制寄存器。在电路设计当中，TLV5613的输出端用了两级运放，第一级用于放大，第二级用于给输出信号加上直流分量，以满足不同条件下对信号的要求。原理图如图2所示。
在图2中，CS2、IOWR等均为软件译码得到的信号。TLV5613的参考电压为2.5V，但输出前内部经过了2倍放大，故输出电压的范围是0～5V。D/A输出引脚由二号孔引出，这样可以方便用户进行日后使用的扩展。
3 软件设计及控制流程
当DSP对ADS7852和TLV5613进行编程时，通过译码确定片选信号CS0、CS1、CS2，片选信号确定后，方可确定ADS7852的模拟信号输入地址（CS0的基地址＋A2A1A0确定的欲使用输入通道值）及TLV5613相应的数据寄存器地址（CS2的基地址＋A1A0所确定的低或高位数据寄存器值）和控制寄存器地址（CS2的基地址＋A1A0所确定的控制寄存器值）。图3为ADS7852和TLV5613联调时的软件设计流程框图。
4 实验调试与验证
在进行硬件电路的调试和实验结果验证时需要同时观测数字信号和模拟信号，因此选用RIGOL（RIGOL Technologies, Inc.）的DS1102CD型混合信号示波器（MSO）来完成调试和验证工作。
该系列数字示波器具有出色的性能和全面的辅助功能，其1Mpts模拟通道存储深度和512Kpts逻辑通道存储深度为分析混合信号带来了极大的便利，16通道的数字逻辑分析对于本实验显得非常重要。此外，DS1102CD的100MHz带宽对于分析本设计中的200kHz～8MHz的时钟信号是足够的。利用DS1102CD对ADS7852和TLV5613与DSP的扩展接口设计进行验证,并给出实验波形图。
4.1 ADS7852的实验
给出1MHz的时钟，用DS1102CD的逻辑通道D0来观测；同时给出模拟输入典型值2.5V（CH1模拟通道），用DS1102CD的逻辑通道D1-D12来观察ADS7852所输出的码型" title="码型">码型，理论码型为1000 0000 0000。实际波形如图4、图5所示。
图中D0表示时钟，如当前波形所示。D1是高电平，其余均是低电平（如图5码型所示），即输出码型为1000 0000 0000。模拟通道CH1所示波形为实际模拟电压，经对比，实验波形符合设计要求。
4.2 TLV5613的实验
对电路进行如下的配置：工作电压设置为AVDD=5V,参考电压Vref=2V, Input Code=4095，当输出负载为10kΩ，理论上输出电压约为4V。
用DS1102CD观察此时的TLV5613的输出，波形如图6所示。
实验结果输出电压为3.98V，符合实验要求。
此扩展接口的设计，在一定程度上了方便DSP用户外扩AD与DA的问题，缩短了相同问题的开发周期，做到了通用资源共享。此设计精度和速度能满足大多数用户的要求，具有很高的实用价值和性价比。
参考文献
[1] 刘艳玉,李德良,张飞龙,王长龙.ADS7852在双目测距中的应用[J]. 电气设计,2006,(22)4:200-202.
[2] 12-Bit, 8-Channel, Parallel Output ANALOG-TODIGITAL CONVERTER. Texas Instruments Incorporated, 2001.
[3] TLV5613.武汉力源电子股份有限公司.