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高精度AD转换器LTC1606及其应用
摘要：介绍了一种高精度单通道16位并行输出A/D转换器LTC1606的功能特点和工作过程，给出了LTC1606与DSP芯片TMS320LF2406A的硬件接口方法以及和数据采集相关的主要汇编源程序。关键词：LTC1606 DSP 数据采集
１ ＬＴＣ１６０６的主要特点
ＬＴＣ１６０６是ＬＩＮＥＡＲ公司生产的具有采样保持功能的１６位高速ＡＤＣ。该ＡＤＣ分辨率高，采样速率高、功耗小，可在高精度的数据采集系统中广泛应用。其主要特点如下：
●含有１６位采样保持功能的模数转换器；
●２５０ｋＨｚ采样速率，信噪比达９０ｄＢ；
●信号输入范围为±１０Ｖ；
●采用单５Ｖ电源供电，典型功耗为７５ｍＷ；
●片内自带基准源，也可以外接基准源；(范文先生网www.fwsir.com收集整理)
●片内自带同步时钟；
●采用２８脚ＳＳＯＰ封装；
●带有和ＭＣＵ兼容的１６位并行输出端口。
２ ＬＴＣ１６０６的引脚介绍及使用说明
２．１ ＬＴＣ１６０６的引脚介绍
ＬＴＣ１６０６的引脚排列图如图１所示，各引脚功能及使用说明如下：
ＶＩＮ：模拟量输入端，使用时应通过２００Ω的电阻连接到需转换的模拟输入，满量程为±１０Ｖ；
ＡＧＮＤ１、ＡＧＮＤ２：模拟地；
ＲＥＦ：２．５Ｖ基准源输入端，通常接２．２μＦ的旁路钽电容，也可以接外部基准源；
ＣＡＰ：基准缓冲输出，应接１０μＦ电容旁路到地；
Ｄ１５～Ｄ８：三态数据输出端，当ＣＳ为高或Ｒ／Ｃ 为低时，输出为高阻态；
ＤＧＮＤ：数字地；
Ｄ７～Ｄ０：三态数据输出端，当ＣＳ为高或Ｒ／Ｃ 为低时，输出为高阻态；
ＢＹＴＥ：字节选择端，当ＢＹＴＥ端接低电平时，Ｄ１５～Ｄ０按１６位并行输出数据；当ＢＹＴＥ端接高电平时，高８位和低８位分两次并行输出；
Ｒ／ Ｃ：Ｒｅａｄ／Ｃｏｎｖｅｒｔ输入端，当ＣＳ为低时，在 Ｒ／ Ｃ端的下降沿启动采样保持器并进行模数转换，并在Ｒ／ Ｃ的上升沿将使能数据输出；
ＣＳ：片选端，当Ｒ／ Ｃ为低时，在ＣＳ引脚的下降沿启动模数转换，当Ｒ／Ｃ 为高时，在ＣＳ引脚的下降沿使能数据输出；
ＢＵＳＹ：模数转换状态输出引脚。当进行模数转换时，该引脚输出低电平，当ＢＵＳＹ端产生一上升沿时，表示模数转换结束，数据输出端有效。当ＢＵＳＹ产生上升沿时，ＣＳ和Ｒ／ Ｃ必须为高；
ＶＡＮＡ：模拟５Ｖ电源输入端，接０．１μＦ的陶瓷电容和１０μＦ的钽电容旁路到地；
ＶＤＩＧ：数字５Ｖ电源输入端，使用时接到ＶＡＮＡ。
２．２ Ａ／Ｄ转换的启动和数据读取
ＬＴＣ１６０６在ＣＳ和Ｒ／ Ｃ脚的共同作用下，可在下述两种情况下开始一次Ａ／Ｄ转换：一是当Ｒ／ Ｃ脚为低电平时，将在ＣＳ引脚的脉冲下降沿启动一次Ａ／Ｄ转换。该负跳变脉冲至少应持续４０ｎｓ，且最大脉冲宽度应不超过６μｓ。二是当ＣＳ引脚为低电平时，可在Ｒ／ Ｃ脚的脉冲下降沿启动一次Ａ／Ｄ转换。这种方式对负跳变脉冲的要求与第一种情况相同。
在一次Ａ／Ｄ转换启动后，ＢＵＳＹ脚将变为低电平并保持直至本次转换完成。当ＢＵＳＹ为低时，新的转换命令将不起作用。应注意的是，在ＢＵＳＹ变高之前，Ｒ／ Ｃ和ＣＳ必须变为高，否则将启动一次无效的转换过程。
ＬＴＣ１６０６的转换结果以二进制补码的形式并行输出。转换结果可按字?１６位?读取，也可按字节?８位?分两次读取。在一次转换完成之后，转换结果送入输出寄存器锁存。当且仅当Ｒ／ Ｃ为高电平而ＣＳ为低电乎时，转换结果才能被读取。
芯片转换结果输出线的高字节和低字节的位置可用ＢＹＴＥ脚电平的变化加以改变，这样ＬＴＣ１６０６芯片与１６位数据总线和８位数据总线的微处理器均能接口，可满足不同的应用场合，从而使ＬＴＣ１６０６具有较广的应用范围。
３ 高精度数据采集电路设计
ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０ｘ是德州仪器（ＴＩ）公司推出的基于Ｃ２ｘＬＰ １６位定点低功耗的数字信号处理器系列，该系列可用于各种数字伺服控制和嵌入式控制系统。２４０ｘ系列ＤＳＰ芯片除具有ＤＳＰ芯片共有的速度快的特点外，最大的特点是片上集成了大量的外围资源，主要包括双存取ＲＡＭ以及ＦＬＡＳＨ和两个事件管理模块ＥＶＡ、ＥＶＢ，在事件管理模块中主要有以下功能模块：定时器、ＰＷＭ信号发生器、ＣＡＮ现场总线接口、ＳＣＩ串行通信接口、看门狗定时器以及通用的双向数字Ｉ／Ｏ端口等。
笔者在研究海洋重力传感器的信号提取过程中，为了实现高精度的信号采集?进行了大量的数据处理运算，并且以此为基础实现了伺服控制。应用时采用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ作为这个系统的主控芯片，通过ＬＴＣ１６０６实现对模拟信号的采集和模数转换，图２所示为数据采集部分的电路原理图。
在图２所示的电路中，在５Ｖ供电的ＬＴＣ１６０６和３．３Ｖ供电的ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ之间加上了两片１６位的总线驱动器。这样，ＬＴＣ１６０６接地可使其工作在１６位并行输出方式下，这样可以很方便地实现和１６位ＤＳＰ的接口设计。为使ＬＴＣ１６０６的控制逻辑变得比较简单，可将ＣＳ接地。在这种情况下，如果Ｒ／ Ｃ引脚变低，ＬＴＣ１６０６将对输入信号进行采样保持，并开始模数转换。而在模数转换过程中，ＢＵＳＹ将变低，直到转换结束，此时微处理器将从ＬＴＣ１６０６的数据端口读出模数转换结果。
在用ＤＳＰ对ＬＴＣ１６０６进行控制时，可用ＤＳＰ的一次“假写”操作将ＷＥ引脚置低，并使ＬＴＣ１６０６ Ｒ／ Ｃ引脚变低，从而启动ＬＴＣ１６０６进行模数转换。在转换结束时，再由状态引脚ＢＵＳＹ的上升沿信号产生ＤＳＰ的外部中断ＸＩＮＴ１所需的中断源信号，从而在ＤＳＰ的中断程序中读出模数转换结果，并进行相应处理，然后启动下一次模数转换。值得注意的是，ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ的ＸＩＮＴ１外部中断的极性是可编程的，在该系统中，必须将其编程为上升沿触发。
图３所示为ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ控制ＬＴＣ１６０６进行一次模数转换的时序图，在编制ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ的数据采集程序时，采用汇编语言具有较高的效率，下面给出和数据采集相关的初始化程序和读取模数转换结果的中断子程序：
（１） 数据采集初始化子程序
ＡＤＩＮＩＴ?
ＳＥＴＣ ＩＮＴＭ ;关总中断
ＣＬＲＣ ＳＸＭ
ＣＬＲＣ ＯＶＭ
ＣＬＲＣ ＣＮＦ ;Ｂ０区被配置为数据空间
ＳＰＬＫ ＃０Ｅ８Ｈ,ＷＤＣＲ ;不使能ＷＤＴ
ＬＤＰ ＃０Ｅ１Ｈ
ＬＡＣＬ ＭＣＲＡ
ＯＲ ＃０４Ｈ
ＳＡＣＬ ＭＣＲＡ ;配置串行口引脚为特殊功能:ＸＩＮＴ１
ＬＤＰ ＃０Ｅ０Ｈ ;指向７０００ｈ～７０８０ｈ区
ＳＰＬＫ ＃０００５Ｈ,ＸＩＮＴ１ＣＲ ;使能ＸＩＮＴ１中断，并将ＸＩＮＴ１设为高优先级，同时使其在上升沿时产生中断
ＬＤＰ ＃０Ｈ
ＳＰＬＫ ＃０００１Ｈ,ＩＭＲ ;使能中断第１级ＩＮＴ１
ＳＰＬＫ ＃０ＦＦＦＦＨ,ＩＦＲ ;清全部中断标志
ＣＬＲＣ ＩＮＴＭ ;开总中断
ＲＥＴ
（２） 据采集中断子程序
ＧＩＳＲ１: ?;优先级ＩＮＴ１中断入口保护现场
ＬＤＰ ＃０Ｅ０Ｈ
ＬＡＣＣ ＰＩＶＲ,１ ?;读取外设中断向量寄存器（ＰＩＶＲ）,并左移一位
ＡＤＤ ＃ＰＶＥＣＴＯＲＳ ;加上外设中断入口地址
ＢＡＣＣ ?;跳到相应的中断服务
子程序
ＡＤＲＥＡＤ_ＩＳＲ:? ?;读取模数转换结果中断程序
ＬＤＰ ＃０Ｈ
ＩＮ ＡＤＲＥＳＵＬＴ,０ＦＦＦＦＨ ?;读取Ａ／Ｄ转换结果，将其存于变量ＡＤＲＥＲＵＬＴ中
ＣＡＬＬ ＤＡＴＡＭＡＮＡＧＥ ;调数据处理函数
ＬＤＰ ＃０Ｈ
ＳＰＬＫ ＃０ＦＨ , ＳＴＡＲＴＡＤ
ＯＵＴ ＳＴＡＲＴＡＤ , ０ＦＦＦＥＨ ?;启动Ａ／Ｄ转换
ＣＬＲＣ ＩＮＴＭ ?;开总中断,因为一进中断就自动关闭总中断
ＲＥＴ ?;中段返回
４ 结束语
由模数转换器ＬＴＣ１６０６和ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ构成的数据采集电路中，其外围电路和接口均很简单，利用ＬＴＣ１６０６的高分辨率和ＤＳＰ的高速性能可满足高精度的数据采集要求，并能完成大量复杂的数据处理工作，从而兼顾了数据采集处理的高精度和高速性，因此，具有广泛的适用范围。
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