摘 要：介紹了ADS7852、TLV5613的工作原理及其應用，重點給出了ADS7852、TLV5613與2000、5000系列DSP的兼容接口設計，并介紹了設計原理圖。此設計解決了5000系列DSP外擴AD和DA的問題，同時彌補了2000系列DSP中AD采樣速度或精度低的問題，最后給出了AD與DA聯調時的軟件流程圖。
關鍵詞: ADS7852 TLV5613 DSP
隨著數字信號處理技術的飛速發展，DSP應用技術逐漸成為電子、控制等領域的核心控制處理器。但鑒于2000系列DSP中AD采樣速度或精度不夠、5000系列DSP無AD的問題，本文著重介紹了與2000及5000系列DSP兼容的外擴AD與DA的設計方法，可為使用DSP的用戶或讀者提供參考。
1 ADS7852芯片簡介及其應用
1.1 A/D轉換器分類
A/D轉換器根據原理可分為兩大類。一類是直接型A/D轉換器，另一類是間接型A/D轉換器。在直接型A/D轉換器中，輸入的模擬電壓被直接轉化為數字代碼，不經任何中間變量；在間接型A/D轉換器中，首先把輸入的模擬電壓轉換成某種中間變量（時間、頻率、脈沖寬度等），然后再把這個中間量轉化為數字代碼輸出。目前應用比較廣泛的主要有三種類型：逐次逼近型A/D轉換器、雙積分型A/D轉換器和V/F變換式A/D轉換器，逐次逼近型A/D轉換器應用較廣。因此，該設計的A/D部分選用了TI公司的ADS7852芯片。
1.2 ADS7852芯片簡介
ADS7852 是德州儀器公司的一款高速逐次逼近式A/D 轉換器。具有8 路輸入、并行12 位輸出,可滿足多路采樣的問題，內部帶2.5V 基準電壓,轉換時間最大只需1.75μs。其封裝形式為TQFP。ADS7852共有32個引腳,AIN0～AIN8為8路模擬輸入,DB0～DB11為12位數字輸出, A0～A2為8路模擬輸入的地址選擇；Vss為電源電壓,VREF為外接參考電壓,若不用可接2.2μF和0.1μF去耦電容各一個；AGND和DGND分別為模擬地和數字地,CLK為時鐘輸入(200kHz～8MHz),BUSY為忙指示輸出,CS、RD 和WR 分別為片選信號、讀信號和寫信號。
其工作原理為: 首先CS引腳置低,然后通過設置A2、A1 和A0 的值來選擇輸入通道(000～111分別對應0～7通道) , 置低WR引腳開始啟動AD轉換。在AD轉換期間,BUSY 引腳輸出低電平并保持到轉換結束, 轉換完成后BUSY 引腳輸出變為高電平, 在DB11-DB0 上輸出12 位有效數據, 等待處理器讀取, 一次轉換完成。BUSY 引腳的上升沿可以鎖存12 位轉換數據。需要注意的是在AD 轉換之后, 當RD 和CS 變為高電平之后, A1 和A0 腳應保持低電平, 否則ADS7852 將進入掉電模式。
1.3 ADS7852與DSP接口設計
在設計中，考慮到與單片機接口的兼容性，使用了DSP的低8位數據總線與ADS7852的低8位數據線相連，當AD轉換完成，ADS7852的高4位數據進行第一次讀低8位數據時，送入外部鎖存；第二次由三態緩沖器讀出。其具體設計的原理圖如圖1所示。
圖1 ADS7852原理圖
在圖1中，CS0、CS1、IORD、IOWR、CLK等均為軟件譯碼得到的信號，這樣設計可以簡化硬件設計，只需1塊邏輯器件即可，該設計選用的是XILINX公司的XC9536芯片，編程使用VHDL語言。用戶可以通過對XC9536的編程，選擇200K到8M的CLK，具有編程的靈活性和應用的可選擇性。其中DSP的CLKOUT作為輸入的時鐘信號。在硬件設計中，BUSY信號通過二號孔引出，這樣就方便了用戶的編程可選擇性。讀取AD轉換完的數據，除了用延時方法外，還可以對BUSY信號進行查詢編程，或通過DSP的外部中斷進行編程。這樣的設計使用戶的編程方法更加具有靈活性和多樣性。
2 TLV5613芯片簡介
2.1 D/A轉換器分類
D/A的轉換器根據原理可分為兩大類：一類是直接型D/A轉換器，另一類是間接型D/A轉換器。在直接型D/A轉換器中，輸入的數字信號被直接轉化為模擬量，不經任何中間變量；在間接型D/A轉換器中，首先把輸入的數字信號轉換成某種中間變量（時間、頻率、脈沖寬度等），然后再把這個中間量轉化為模擬代碼輸出。直接型D/A轉換器比較受用戶青睞，因此，該設計的D/A部分選用了TI公司的TLV5613芯片。
2.2 TLV5613芯片簡介
TLV5613是12位電壓輸出數/模轉換器（DAC），它具有一個與 8 位微控制器兼容的并行接口。使用三個不同的地址來寫入8個最低位、4 個最高位和3個控制位。TLV5613可工作于2.7V～5.5V較寬的電源電壓范圍。
電阻串上的輸出電壓由2倍增益的軌到軌（rail-to-rail）輸出緩沖器緩沖。緩沖器是一個A類輸出級（慢速方式時為 AB 類）以改進穩定性和減少建立時間。DAC 可編程的建立時間使設計者在速度和功耗的關系上做最佳選擇。建立時間可以由 16 位數據字中的控制位來選擇。
2.3 TLV5613與DSP接口設計
TLV5613是一款與8 位微控制器兼容的并行接口，由A0和A1兩根地址線確定選擇低位數據寄存器或高位寄存器或控制寄存器：當A1A0=00時，表示訪問低8位數據寄存器；當A1A0=01時，表示訪問高8位數據寄存器；當A1 A0=10時，地址無定義；當A1A0=11表示訪問控制寄存器。在電路設計當中，TLV5613的輸出端用了兩級運放，第一級用于放大，第二級用于給輸出信號加上直流分量，以滿足不同條件下對信號的要求。原理圖如圖2所示。
在圖2中，CS2、IOWR等均為軟件譯碼得到的信號。TLV5613的參考電壓為2.5V，但輸出前內部經過了2倍放大，故輸出電壓的范圍是0～5V。D/A輸出引腳由二號孔引出，這樣可以方便用戶進行日后使用的擴展。
3 軟件設計及控制流程
當DSP對ADS7852和TLV5613進行編程時，通過譯碼確定片選信號CS0、CS1、CS2，片選信號確定后，方可確定ADS7852的模擬信號輸入地址（CS0的基地址＋A2A1A0確定的欲使用輸入通道值）及TLV5613相應的數據寄存器地址（CS2的基地址＋A1A0所確定的低或高位數據寄存器值）和控制寄存器地址（CS2的基地址＋A1A0所確定的控制寄存器值）。圖3為ADS7852和TLV5613聯調時的軟件設計流程框圖。
4 實驗調試與驗證
在進行硬件電路的調試和實驗結果驗證時需要同時觀測數字信號和模擬信號，因此選用RIGOL（RIGOL Technologies, Inc.）的DS1102CD型混合信號示波器（MSO）來完成調試和驗證工作。
該系列數字示波器具有出色的性能和全面的輔助功能，其1Mpts模擬通道存儲深度和512Kpts邏輯通道存儲深度為分析混合信號帶來了極大的便利，16通道的數字邏輯分析對于本實驗顯得非常重要。此外，DS1102CD的100MHz帶寬對于分析本設計中的200kHz～8MHz的時鐘信號是足夠的。利用DS1102CD對ADS7852和TLV5613與DSP的擴展接口設計進行驗證,并給出實驗波形圖。
4.1 ADS7852的實驗
給出1MHz的時鐘，用DS1102CD的邏輯通道D0來觀測；同時給出模擬輸入典型值2.5V（CH1模擬通道），用DS1102CD的邏輯通道D1-D12來觀察ADS7852所輸出的碼型，理論碼型為1000 0000 0000。實際波形如圖4、圖5所示。
圖中D0表示時鐘，如當前波形所示。D1是高電平，其余均是低電平（如圖5碼型所示），即輸出碼型為1000 0000 0000。模擬通道CH1所示波形為實際模擬電壓，經對比，實驗波形符合設計要求。
4.2 TLV5613的實驗
對電路進行如下的配置：工作電壓設置為AVDD=5V,參考電壓Vref=2V, Input Code=4095，當輸出負載為10kΩ，理論上輸出電壓約為4V。
用DS1102CD觀察此時的TLV5613的輸出，波形如圖6所示。
實驗結果輸出電壓為3.98V，符合實驗要求。
此擴展接口的設計，在一定程度上了方便DSP用戶外擴AD與DA的問題，縮短了相同問題的開發周期，做到了通用資源共享。此設計精度和速度能滿足大多數用戶的要求，具有很高的實用價值和性價比。
參考文獻
[1] 劉艷玉,李德良,張飛龍,王長龍.ADS7852在雙目測距中的應用[J]. 電氣設計,2006,(22)4:200-202.
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[3] TLV5613.武漢力源電子股份有限公司.
