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ADS8361 是一款采樣速率為 500kSPS 的 16 位雙路模數轉換器 (ADC),該轉換器具有 4個全差分輸入通道,兩兩一對,以實現同步高速信號采集。采樣保持放大器的輸入端是全差分的,此外, ADC 的輸入端也保持為全差分。這使該 ADC具有卓越的共模抑制能力：在 50kHz 時為 80dB,這在高噪聲環境下非常重要。 新型 MSP430F2013 等 MSP430 器件具有通用串行接口(USI),因而可用于非常簡單直接的接口,該接口不需要“粘接邏輯”且需要的軟件開銷也很少。有的應用要求對同步數據采集的通道實現精確定時,這時我們就能用這種接口來獲取所需的系統結果。 硬件 ADS8361EVM ADS8361 是德州儀器 (TI) 推出的串行 ADC 電機控制產品系列產品。EVM 提供了相關平臺,以演示配合不同TI DSP 與微控制器時ADS8361 ADC 的功能,并針對定制的最終用戶應用提供了方便地存取所有模擬與數字信號的功能。 圖1 硬件接口結構圖 eZ430-F2013 開發工具 eZ430-F2013 是完整的 MSP430 開發工具,包括評估 MSP430F2013 所需的全部軟硬件。我們用可便利的 USB存儲棒提供該硬件。eZ430-F2013 采用 IAR 嵌入式工作臺集成開發環境(IDE),以提供完整的仿真功能,該器件提供獨立系統設計與可拆卸目標板兩種選項,以便于集成至現有設計中。更多詳情,敬請訪問：www.ti.com/ez430。 硬件接口 連接eZ430-F2013 與 ADS8361EVM 的最低要求是采用簡單的三線接口（見表 1）。硬件連接如圖 1 所示。ADS8361 的CLOCK、(RD + CONVST) 與 Serial Data A 引腳分別連接至 USI 端口的 SCLK、MOSI 與 MISO引腳。chip select (CS) 引腳接地,因為端口上只放置一個 ADC。如果總線上掛接多個器件,那么芯片選擇引腳應由 MSP430器件上可用的 GPIO 控制。 軟件接口 MSP430的所有軟件都采用 IAR 嵌入式工作臺 (Kickstart 版本) 編寫編譯。該軟件是 IDE 的免費版,并可在www.ti.com/ez430 網站的工具支持 (TOOL SUPPORT) 部分下載。您也可請求獲得示例中使用的代碼。 USI 設置 USI 模塊提供支持同步串行通信方案的基本功能。USI 具有內置硬件功能,從而簡化了 SPI 通信的實施。此外,USI 模塊還具有中斷功能,能進一步降低軟件的開銷。 圖2 完整的單通道轉換周期 USI 控制寄存器 0 和 1（USICTL0 和 USICTL1）設置串行接口的基本操作。通過在 USICTL0 中設置 3, 5, 6 和7 位,可在 SPI 主模式下配置端口。此外,還可在 USICTL1 中設置 USI 計數器中斷,從而以最小的軟件開銷有效地實現 SPI 通信。 串行時鐘的極性、信號源及速度都可通過設置 USI 時鐘控制寄存器 (USICKCTL) 得到控制。就本文而言,時鐘極性設為零（保持為低）,時鐘源為 SMCLK,分頻系數為一。 位時鐘和移位寄存器配置在 USI 端口中實現控制,由 USI 位計數寄存器 (USICNT) 的位設置決定。USICNT 寄存器有 5位,每次可提供多達 32 個 SCLK 周期。如果 USICNT 設為 0×13,MSP430 將在每個轉換周期向 ADS8361 發送 19個串行時鐘。將 USICNT 寄存器的 USI16B 位置 1,可使移位寄存器發揮 16 位發送/接收緩存的作用。所發送的數據根據 MSB排列,以首個 SCLK 周期開始。 開始轉換 們將 USI 端口的 MOSI 輸出連接到 ADS8361 上的 RD 和 CONVST 輸入上,就能開始轉換周期,轉換結果提供給該器件的串行數據輸出引腳。 ADS8361 將在第四個 SCLK? 周期開始輸出轉換結果（先是 MSB）。由于移位寄存器保留最后 16 位的接收數據,因此我們采集全部 16 位轉換結果,用于進一步的處理。圖 2 中的時序圖顯示了整個過程。 ADS8361 工作模式 ADS8361 有四種由 M0 及 M1 引腳控制的工作模式。ADS8361EVM 提供的跳線可靜態設置工作模式。在 MSP430 上采用 GPIO 輸出后,還能通過微控制器來控制工作模式。 就雙通道工作而言,EVM 應在模式 I 和 II 中配置。根據所采用 MSP430器件的不同,用戶在決定如何接收轉換結果時有著若干選擇。具有多個串行端口的器件可同時從 ADS8361 的 Serial Data A 與Serial Data B 輸出引腳接收數據。這種方法將設置一個端口作為 SPI 主設備而另一個端口為 SPI 從設備。主 SPI端口將與從端口共享 SCLK,兩個串行輸出引腳將被連接至 MISO 與 MOSI。 雙通道同步采樣就eZ430-F2013 而言,由于只有一個串行端口,也就是說,ADS8361 必須在 Mode II中設置,才能從同步采樣的兩個輸入通道接收轉換結果。該模式將兩個轉換結果都提供給 Serial Data A 輸出引腳(見圖 3 )。 圖3 完整的雙通道轉換周期 ADS8361 通道 ID 位 ADS8361 的串行輸出流還包括雙通道 ID 位,這樣控制器就能用軟件方法來破譯所接收的通道信息。首個 ID 位確定了通道對 A 或B。第二個 ID 位決定了采樣通道 0 或 1。在 Mode II 工作模式下,兩個輸入通道被轉換,輸出數據流中包含一個 ID 位。 在該模式中,我們不使用 A／B 通道 ID 位,因為輸入采樣對取決于 ADS8361 的 A0 輸入控制引腳。當 A0 為低電平時,對通道 A0/B0 輸入對進行采樣。當 A0 為高電平,對通道 A1/B1 輸入對進行采樣。 ADS8361EVM 的跳線可通過 A0 引腳靜態設置輸入對。如果需要的話,我們也可通過 MSP430 上的 GPIO來控制上述工作,這樣用戶就能實現四通道工作,即兩對同步采樣輸入通道。 四通道采樣 Mode III 及 IV 能幫助用戶實現 ADS8361 的四通道工作。Mode III 提供 Serial Data A 與 Serial Data B 輸出的數據。在此模式下,接收所有四個轉換的數據要求將兩個串行端口如前所述配置為主從關系。 Mode IV 可使一個串行端口通過 Serial Data A 輸出引腳來接收所有四個轉換結果。在此模式下,A/B 和 0/1 通道 ID位都可傳遞轉換結果。這種情況下,如果配合使用 eZ430-F2013 器件,那么移位寄存器會丟失 ID位,從而導致問題發生。我們可通過軟件恢復 ID 位,但這會增加軟件開銷,并擴大不必要的復雜性。 在四通道順序工作模式下,我們可通過特定方法來對 ADS8361 進行初始化,這樣就能保證通道的完整性,而根本無需破譯 ID 位。如果使用GPIO,我們可在程序開始處用簡單的軟件循環 (software loop)來完成上述工作,從而靈活地對 A0、M0 與 M1輸入的狀態進行操控。此外,我們也可以完全忽視第一組轉換結果。默認狀態下,ADS8361 啟動 Mode I;如果啟動時 M0 和 M1 固定為VCC ,那么器件在第二次轉換周期會進入 Mode IV 工作模式,這使第三次 SPI 傳輸開始提供 A0 通道的數據,隨后順序提供B0、A1 和 B1 通道的數據。 結語 與 MSP430處理器的 USI 端口配合使用高性能 ADS8361,這是一項相對簡單而直接的工作,幾乎不會造成什么軟件開銷,也不需要像前代 MSP430產品中老式的 UART 端口那樣采用簡單的 8 位 SPI 接口來移動或連接轉換結果。本文介紹的接口方式為那些要求多通道同時進行數據采集的MSP430 應用帶來了更高的靈活性。 |
