基于McBSP的高速串行数据采集系统设计

　　1 序言

　　本文介绍了基于TI 公司的新一代DSP 芯片TMS320C6711 和AD公司的串行模数转换芯片AD974 的嵌入式数据采集系统的设计方法。TMS320C6711 是32bit 浮点信号处理器, 核心电压1.8V, 工作频率100- 150MHz, 2 级Cache, 运算速度900MFLOPS。 其多通道缓冲串口(Multi - channelBuffered Serial Port, McBSP) 可直接与 AD974 进行串口连接, 为系统提供高性能的A/D 转换和数据处理能力。AD974 是美国模拟器件公司生产的一个200kSPS、4 通道、16 位数据采集系统。具有高通过率、低功耗、高精度等特性, 此外, 该器件还集成了外围器件, 并采用串行通讯方式, 因而可极大地简化数据采集电路的设计, 非常适合于体积小、信号复杂的应用系统, 如工业控制、医疗仪器等。

　　2 AD974 芯片的特点及工作原理

　　2.1 AD974 芯片的特点

　　AD974 是一个四通道、16 位串行通讯数据采集模数转换器。该器件内含模拟输入多路转换器、高速16位采样模数转换器和+2.5V 参考电压。从应用角度看,AD974 具有如下特点:

　　(1) 支持复杂的信号采集系统。具有四个单端的模拟输入通道, 能提供多种可设置的模拟输入范围,包括0V～4V、0V～5V 或- 10V～+10V;

　　(2) 采用串行接口。与大多数微处理器的串行接口兼容, 具有数据传送效率高、数据连线少的特点;

　　(3) 可简化电路的设计, AD974 由单电源+5V 供电, 并且只需较少的外围电路。为了达到简化电路设计的目的, AD974 内部还集成了模拟输入多路转换器、高速逐次逼近开关电容ADC、时钟电路和内部2.5V 参考电压电路等(参考电压也可以由外部参考电路供应);

　　(4)高通过率、低功耗。AD974 可提 200kSPS 的高通过率, 而功率耗散最大却只有120mW, 因此其转换速率可以高达2kSPS/mW。此外, 在掉电模式下,AD974 的功耗仅为50μW(典型值)。

　　2.2 AD974 工作原理

　　主要引脚定义(表1)

　　AD974 的模数转换由R/C、CS 两信号来控制。在R/C 降为低电平时, 若CS 也为低电平, 在至少经过50ns 后, 输入信号将被保留在内部的电容阵列上并准备开始转换。一旦转换开始, BUSY 信号将变为低电平直到转换完毕。在内部, 信号R/C 和CS 需进行或操作, 但是对哪一个信号先变为低电平做为开始转换的标志并没有严格要求。唯一的要求是这两个信号变为低电平的时间延迟不得少于10ns。转换完毕后, BUSY信号返回高电平, 另一方面, AD974 准备下一次转换以确保能继续跟踪输入信号。在某些情况下, 将CS 引脚保持低电平, 而将R/C 用于决定是开始转换还是读取数据。需要指出的是, 在AD974 上电后进行首次转换时, 其DATA 输出将是不确定的, 转换输出需要经过一定时间之后才能稳定下来。模数转换可以使用由AD974 的内部时钟, 也可以使用外部时钟, 这并不影响转换结果的连续性。如果 EXT/INT 为低电平, 则AD974 被设置为内部数据移位时钟模式; 相反, 如果EXT/INT 为高电平, 则AD974 被设置为外部数据移位时钟模式。