?本文將介紹一種基于ARM的高精度多路同步的數(shù)據(jù)采集與輸出控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。本設(shè)計(jì)選用德州儀器公司生產(chǎn)的AD芯片ADS8556和DA芯片DAC8574，分別采用SPI接口和IIC接口與ARM9芯片S3C2440連接，闡明其硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多路且同步、高速高精度的數(shù)據(jù)采集與輸出控制功能。

ARM處理器是一種32位精簡(jiǎn)指令集RISC微處理器，片內(nèi)集成了豐富的硬件資源，廣泛的應(yīng)用于許多嵌入式系統(tǒng)中。S3C2440是一款基于ARM920T內(nèi)核的32位RISC嵌入式處理器，運(yùn)行主頻可達(dá)400MHz.本文闡述選用S3C2440處理器設(shè)計(jì)的一種同步、高速、高精度、多通道的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)輸出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

1多路同步A/D設(shè)計(jì)

1.1 ADS8556的功能

系統(tǒng)選用TI公司生產(chǎn)的16位6路同步逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS8556.輸入模擬信號(hào)電壓范圍為-12V~+12V.常規(guī)應(yīng)用下功耗為251.7mW，最大功耗為298.5mW，信噪比可達(dá)91.5dB.ADS8556芯片內(nèi)部包含6個(gè)獨(dú)立的采樣保持模塊和對(duì)應(yīng)的6個(gè)獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)6路信號(hào)的同時(shí)同步的模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADS8556工作模式分為硬件模式和軟件模式，本設(shè)計(jì)采用硬件模式。在硬件模式下ADS8556的功能設(shè)置（如每對(duì)通道的轉(zhuǎn)換使能、參考電壓選擇等）都是通過(guò)對(duì)相關(guān)引腳設(shè)置高低電平實(shí)現(xiàn)的。ADS8556支持并行和串行接口方式，本設(shè)計(jì)采用串行SPI接口與S3C2440連接。采用串行接口的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約S3C2440的引腳資源，S3C2440絕大多數(shù)引腳是功能復(fù)用的，若采用并行接口會(huì)占用其16個(gè)I/O引腳資源。

ADS8556具有3個(gè)串行數(shù)據(jù)輸出端口SDO_A、SDO_B、SDO_C，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)端口使能可選擇這3個(gè)串行端口中的1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)工作。當(dāng)3個(gè)端口都選用工作時(shí)，每個(gè)串行端口上輸出對(duì)應(yīng)2路每路16位共32位的轉(zhuǎn)換結(jié)果，輸出時(shí)間需要32個(gè)時(shí)鐘周期，每路最大采樣率可達(dá)450kS/s.當(dāng)選擇2個(gè)串行端口時(shí)，每個(gè)端口輸出3路共48位轉(zhuǎn)換結(jié)果，輸出時(shí)間需要48個(gè)時(shí)鐘周期，每路最大采樣率可達(dá)375kS/s.由于S3C2440只有2個(gè)SPI串行接口，所以至多選擇ADS8556的2個(gè)串行輸出端口與其連接。

1.2 ADS8556與S3C2440接口電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用ADS8556的1個(gè)SPI串行輸出端口SDO_A與S3C2440的1個(gè)SPI接口SPI0連接，SDO_A端口輸出全部6路共96位轉(zhuǎn)換結(jié)果，輸出時(shí)間需要96個(gè)時(shí)鐘周期，每路最大采樣率可達(dá)250kS/s.SPI串口以主從方式工作，S3C2440作為主機(jī)，ADS8556作為從機(jī)，需要4根或3根線連接，3根用于單向傳輸，4根連接線分別是MOSI（主機(jī)輸出/從機(jī)輸入），MISO（主機(jī)輸入/從機(jī)輸出），SCLK（時(shí)鐘信號(hào)），CS（片選使能），連接方式如圖1所示。其中SPI0接口只用了3根連接線SPIMISO0、SPICLK0和NSS0，未使用SPIMOSI0，這是由于本設(shè)計(jì)選擇ADS8556工作于硬件模式，S3C2440沒(méi)有給ADS8556輸入數(shù)據(jù)，其功能的設(shè)置（如每對(duì)通道的轉(zhuǎn)換使能、參考電壓選擇等）都是通過(guò)對(duì)相關(guān)使能引腳設(shè)置高低電平實(shí)現(xiàn)的。若在軟件模式下，這些功能的選擇是由S3C2440通過(guò)SPIMOSI對(duì)ADS8556內(nèi)部相應(yīng)寄存器進(jìn)行賦值實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)其相關(guān)使能引腳均接地。


圖1 ADS8556與S3C2440接口連接示意圖

1.3 ADS8556的接口程序設(shè)計(jì)

S3C2440作為主機(jī)，ADS8556作為從機(jī)，程序中要對(duì)S3C2440的SPI串行端口進(jìn)行初始化設(shè)置，表1所示為相關(guān)引腳配置。

表1 ADS8556與S3C2440的接口引腳配置



圖2所示為ADS8556的采樣程序流程圖。S3C2440的SPI接口工作于主模式，數(shù)據(jù)傳輸采用中斷模式。本設(shè)計(jì)只使用了ADS8556的6路轉(zhuǎn)換通道中的4個(gè)通道。