串行A/D与FPGA在微型数据记录仪中的应用

　　0 引言

　　在现代电子技术应用领域，A/D转换器是模拟信号转换数字信号的中介，数据采集系统中，一般由单片机或其他微控制器对高精度A/D转换器进行控制，通常采用软件模拟A/D转换器时序的方法，增加了CPU的负担，降低了CPU的工作效率，现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable GateArray)的高集成度和高速特性，使之相对于单片机和微控制器更适合用于高速A/D器件的采样控制。另外，在电磁干扰较大的环境中，单片机会出现程序跑飞的问题，在利用看门狗复位的过程中，对采集的数据流而言，会存在数据的丢失问题。相对的，触发沿或电平控制的FPGA，通过设计可靠的驱动，系统采集数据更为可靠。

　　本文是以一个3通道低频小型数据记录仪为研究背景，设计了以Actel公司FPGA为控制器的系统，对串行输出A/D转换器ADS8341进行控制，提高了系统集成度和稳定性。

　　1 ADS8341功能介绍

　　ADS8341是Burr Brown公司推出的一款低功耗，高性能的4通道，16位A/D转换器，其串行接口降低了系统开发的成本，SSOP-16的小体积封装适合微型设备使用。

　　1.1 ADS8341的功能

　　CH0～CH3：4个通道为模拟输入端，可以设置为单通道输入方式，也可以构成CH0-CH1，CH2-CH3，两组差分输入。

　　：引脚低电平有效，A/D转换器进入低功耗模式。

　　Vref：参考电压输入端。

　　DCLK：系统的外部时钟输入端，最高输入为2.4 MHz，此时芯片A/D转换速度达到最大值，为100 ksa/s。

　　：A/D转换器的片选端，低电平有效，高电平时其他引脚呈高阻态。

　　DIN：串行数据输入端，片选信号有效时，在DCLK的上升沿，串行数据按位输入A/D。

　　DOUT：串行数据输出端，片选信号有效时，在DCLK的下降沿，将A/D转换后的数字信号按位输出。

　　BUSY：片选有效时，A/D转换器输出一个时钟周期高电平信号。

　　Vcc和GND引脚分别为电源和数字接地端。

　　1.2 ADS8341的控制宇及转换时序

　　ADS8341的控制字如表1所示：

　　ADS8341的控制字为8位，S为起始标志位，A2，A1，A0控制通道选择，可以提供单通道或差分输入方式不同通道选择。*****高电平为单通道输入方式，PD1，PD0为电源控制模式位，若为“11”，电源始终处于开启模式。

　　ADS8341转换的基本时序如图1所示。

　　由图1可以看出，ADS8341完成一次转换需要24个DCLK时钟，其中在前8个时钟的上升沿，DIN控制字输入，控制字输入完成后，在DCLK的上升沿时刻，BUSY信号输出一个高电平，在这个时钟的下降沿，转换数据按位输出。经过一次完整的转换后，在第25个时钟上升沿，DIN可以再次输入控制字高位，保证了当DCLK外部时钟取得最高频率2.4 MHz时，A/D转换器的频率达到最高100 ksa/s。