多通道模／数转换器AD7890与DSP的接口设计

由于AD7890-10数据电平为5 V，而TMS320F2812的I／O所能承受的电压最高为3．3 V，因此必须对A／D转换结果进行电平转换，将其转换为I／0口可承受的电压。把5 V电平转为3．3 V电平有多种方法。常用的有两种。一是选用专门的电平转换器件，如TI公司的SN74I．VTHl6245；二是把A／D转换结果通过系统中CPLD的I／O口再输出到DSP，前提是所选CPLD可承受输入电压为5 V，而输出为3．3 V。本文采用后一种方法，选用的是Altera公司的EPM7128ST1100-10，给CPLD的I／O口供3．3 V电源即可满足要求。将A／D数据通过一个CPLD的一个I／O口转接，经软件进行逻辑处理后输出至DSP即可。需要注意的是，为避免噪声干扰，AD7890的所有未用引脚不能悬空，必须接可承受范围内的固定电平。实验表明，特别是CLKIN引脚不能悬空，否则可能导致A／D转换不能成功。对于AD7890-10，当未使用的输入通道电压值低于-12 V时会对所选其他通道的转换造成严重干扰。文中采取的方法是将外部时钟输入引脚SCLK与内部时钟输入引脚CLKIN相连，可以有效去除干扰。

4 软件读写实现
对于SPI接口而言，数据与串行时钟脉冲是同时产生的，即只有数据线上有数据传送时才产生时钟脉冲。所以发送控制数据结束后，DSP收到的数据并不是真实的A／D转换结果，但需要读取接收缓冲寄存器数据使SPI复位。多次实验表明，对于单次A／D转换，在转换结束后需要再向AD7890发送2次空控制数据0x0000，之后DSP的SPI接收缓冲寄存器中的数据才是正确的A／D转换结果，即每次A／D采样循环需要进行三次数据交换才能得到有效A／D转换数据。采用查询方式判断数据是否发送结束，即SPI状态寄存器SPIINT FLAG位为1时表示已完成数据发送。软件实现A／D转换的流程框图如图4所示。

对于AD7890-10，A／D转换结果数据为二进制补码格式，且包含通道数据，因此读取结果后应根据需要对数据进行适当处理，包括屏蔽通道选择数据和进行码制转换等，以便换算成系统所需要的数字量。为便于处理，将-10～+10 V电压对应的码值转换为0～4 096。文中处理方法为：将转换结果高四位通道数据屏蔽后，若A／D输入为正电压，则获取低12位结果与0x0800相加得到处理后的数据；若A／D输入为负电压，则将补码转换成原码后与0xF800作差获取处理结果。
经多次测试，得到A／D转换子程序运行时间(即一次A／D转换总耗时)与波特率对应关系如表1所示。

从表1中可以看出，为提高转换效率，应在可承受范围内选择尽可能高的波特率，但不应超过AD7890-10的上限值10 Mb／s。对文中SPI接口的实际应用表明，A／D转换性能非常稳定，效率较高，转换精度高，误差仅为±1码，约4．88 mV。

5 结 语
用DSP的串行外设接口SPI与串行多通道A／D转换器AD7890组成数字伺服系统A／D转换功能实现模块，能完成8个通道模拟量到数字量的转换，效率较高，接口简单，性能稳定。通过选择较高的波特率可以缩短数据传输时间，提高A／D转换效率。当DSP提供的外部时钟SCLK为AD7890所能承受的最高值10 MHz时，单个通道彻底完成一次A／D转换仅需12．4μs。本文所做的接口设计为多轴数字控制系统的A／D转换模块提供了一种实用的选择与参考。