AD7890型串行数/模转换器与51系列单片机的接口设计

最后的言行

串行数/模转换减少了器件间的硬件连接，特别适用于电路空间较小且数据采集速率要求不是特别高的场合。当然，硬件的简化也相应提高了使用的复杂程度。本文介绍AD7890型串行数/模转换器在自动导向钻井系统控制电路数据采集中的应用。由于井下五金|工具电子仓部分空间狭窄、工作条件恶劣、可靠性要求高，所以特别适合采用串行A/D转换器。
　　AD7890是美国Analog Devices公司于20世纪90年代末推出的一款8通道12位串行A/D转换器。其主要性能特征包括：A/D转换时间较快(9.5μs)；功耗较低(最大50 mW，体眠状态下75μW)；信噪比较高(大于70 dB)；总谐波失真小(不大于-78 dB)；内置跟踪/保持放大器，片上参考电压；具有高速、灵活的串行接口等。
　　2 AD7890的内部结构
　　AD7890内部含有相应的信号调理(对于AD7890-5和AD7890-10)、多路开关、跟踪保持放大器、通用串行接口及参考电源|稳压器等，给用户的使用带来极大的方便。特别是电路中的多路开关输出(MUX OUU)和跟踪/保持输入(SHA IN)采用分离的独特设计，使用户在二者间采用1个外部滤波电路就可完成全部8个通道的抗混叠处理。
　　电路的SMODE端是工作模式的控制输入端，用户可以用其指定器件内部时钟(主)和外部时钟(从)的工作模式。采用外部时钟工作模式时．用户需提供读写数据的帧同步和串行时钟信号SCLK，其串行脉冲频率最大可以达到10 MHz。采用内部时钟模式时，AD7890本身向系统提供帧同步行时钟，此时的工作频率取决于CLK IN引脚输入的主时钟频率。电路的8路模拟输入端为VINl-VIN8，由多路开关根据3位通道地址选择，多路切换时按先开后合方式操作。REF OUT/REF IN是参考电压输出/输入端。使用外部参考电压时外部+2.5 V参考电压由该端接入，而使用内部参考电压时需要在该端和模拟地AGND之间接入一只0.1μF的电容器。
　　AD7890通过片内的高速双向串行数据接口成输出数据和接收控制字。其控制寄存器由5位组成，各位的默认状态均为0。其中A2、A1、A0分别为多路开关通道地址选择的最高位、次高位和最低位。通道选择算法为：被选通道号=A2x4+Alx2+AO+1。控制字送入控制寄存器，器件即开始启动内部延时脉冲，该脉冲宽度取决于CEXT引脚的电容值，用户可以根据外部滤波和信号处理的实际延时，适当调节该电容值，确保在A/D转换开始前有足够的时间进行多路转换建立和跟踪保持的采集。该内部延时脉冲时间到后，跟踪/保持器立即进入保持状态并且开始启动12位A/D转换器的本次操作。
　　3 AD7890的工作时序
　　控制寄存器中的CONV为转换开始状态位，为l时表示进入转换状态，与CONVST引脚输入效果完全相同。在向CONV写操作(写1)的第6个串行时钟周期结束后内部延时脉冲开始启动，转换过程开始。另外，在CONV为1时，CONVST的输入命令无效。STBY为休眠状态位，该位为1时，电路处于低功耗体眠状态。电路在写操作SCLK的第7个脉冲下降沿进入休眠。因此，系统向AD7890写操作至少需要6个时钟脉冲，使其休眠的写操作至少需要7个时钟脉冲。如果在6个时钟脉冲前TFS回到高电平，则不会有任何数据写入控制寄存器。但是需要注意的是，当CONV位置为1时，转换过程都会在写操作发生时开始，无论TFS的低电平能够保持多少个时钟脉冲。
　　CONVST为转换开始时的硬件输入端，上升沿触发。AD7890可以由CONVST输入或CONV位写1两种方式启动。如前所述，从转换过程开始到正式启动A/D转换器的时间间隔是由每次串行写操作启动的内部延时脉冲来控制。这也意味着该脉冲总会给软件启动的转换过程带来一定的延时。若内部延时时间已到，由CONVST上升沿开始的A/D转换时间为9.5μs，跟踪/保持器的采集时间为2μs。另外，为了保证正常的A/D转换，任何串行读写操作均不可在A/D转换期间及下次转换开始前500 ns内进行。
　　4 AD7890的读写操作
　　AD7890串行数据输入引脚是DATA IN，写操作时通过该引脚向AD7890控制寄存器写入数据，写入时用传输帧同步TFS变为低电平后SCLK的前5个下降沿写入DATA IN上串行数据的前5位。而同一次TFS中的5个SCLK脉冲下降沿以后的串行数据均无效。
　　串行数据输出引脚是DATA OUT，输出数据由1位起始位(O)、3位通道地址和由最低有效位开始的12位转换数据共16位组成。输出数据码制，在双极性输入型(AD7890-10)中为补码，在单极性输入型(AD7890-4和AD7890-2)中为无符号的二进制数。
  IC资料:C1812C684M5UAS 120668K M74ALS245A-1P AN7320 D/C92