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高精度AD轉換器LTC1606及其應用
摘要：介紹了一種高精度單通道16位并行輸出A/D轉換器LTC1606的功能特點和工作過程，給出了LTC1606與DSP芯片TMS320LF2406A的硬件接口方法以及和數據采集相關的主要匯編源程序。關鍵詞：LTC1606 DSP 數據采集
１ ＬＴＣ１６０６的主要特點
ＬＴＣ１６０６是ＬＩＮＥＡＲ公司生產的具有采樣保持功能的１６位高速ＡＤＣ。該ＡＤＣ分辨率高，采樣速率高、功耗小，可在高精度的數據采集系統中廣泛應用。其主要特點如下：
●含有１６位采樣保持功能的模數轉換器；
●２５０ｋＨｚ采樣速率，信噪比達９０ｄＢ；
●信號輸入范圍為±１０Ｖ；
●采用單５Ｖ電源供電，典型功耗為７５ｍＷ；
●片內自帶基準源，也可以外接基準源；(范文先生網www.ycxgx.cn收集整理)
●片內自帶同步時鐘；
●采用２８腳ＳＳＯＰ封裝；
●帶有和ＭＣＵ兼容的１６位并行輸出端口。
２ ＬＴＣ１６０６的引腳介紹及使用說明
２．１ ＬＴＣ１６０６的引腳介紹
ＬＴＣ１６０６的引腳排列圖如圖１所示，各引腳功能及使用說明如下：
ＶＩＮ：模擬量輸入端，使用時應通過２００Ω的電阻連接到需轉換的模擬輸入，滿量程為±１０Ｖ；
ＡＧＮＤ１、ＡＧＮＤ２：模擬地；
ＲＥＦ：２．５Ｖ基準源輸入端，通常接２．２μＦ的旁路鉭電容，也可以接外部基準源；
ＣＡＰ：基準緩沖輸出，應接１０μＦ電容旁路到地；
Ｄ１５～Ｄ８：三態數據輸出端，當ＣＳ為高或Ｒ／Ｃ 為低時，輸出為高阻態；
ＤＧＮＤ：數字地；
Ｄ７～Ｄ０：三態數據輸出端，當ＣＳ為高或Ｒ／Ｃ 為低時，輸出為高阻態；
ＢＹＴＥ：字節選擇端，當ＢＹＴＥ端接低電平時，Ｄ１５～Ｄ０按１６位并行輸出數據；當ＢＹＴＥ端接高電平時，高８位和低８位分兩次并行輸出；
Ｒ／ Ｃ：Ｒｅａｄ／Ｃｏｎｖｅｒｔ輸入端，當ＣＳ為低時，在 Ｒ／ Ｃ端的下降沿啟動采樣保持器并進行模數轉換，并在Ｒ／ Ｃ的上升沿將使能數據輸出；
ＣＳ：片選端，當Ｒ／ Ｃ為低時，在ＣＳ引腳的下降沿啟動模數轉換，當Ｒ／Ｃ 為高時，在ＣＳ引腳的下降沿使能數據輸出；
ＢＵＳＹ：模數轉換狀態輸出引腳。當進行模數轉換時，該引腳輸出低電平，當ＢＵＳＹ端產生一上升沿時，表示模數轉換結束，數據輸出端有效。當ＢＵＳＹ產生上升沿時，ＣＳ和Ｒ／ Ｃ必須為高；
ＶＡＮＡ：模擬５Ｖ電源輸入端，接０．１μＦ的陶瓷電容和１０μＦ的鉭電容旁路到地；
ＶＤＩＧ：數字５Ｖ電源輸入端，使用時接到ＶＡＮＡ。
２．２ Ａ／Ｄ轉換的啟動和數據讀取
ＬＴＣ１６０６在ＣＳ和Ｒ／ Ｃ腳的共同作用下，可在下述兩種情況下開始一次Ａ／Ｄ轉換：一是當Ｒ／ Ｃ腳為低電平時，將在ＣＳ引腳的脈沖下降沿啟動一次Ａ／Ｄ轉換。該負跳變脈沖至少應持續４０ｎｓ，且最大脈沖寬度應不超過６μｓ。二是當ＣＳ引腳為低電平時，可在Ｒ／ Ｃ腳的脈沖下降沿啟動一次Ａ／Ｄ轉換。這種方式對負跳變脈沖的要求與第一種情況相同。
在一次Ａ／Ｄ轉換啟動后，ＢＵＳＹ腳將變為低電平并保持直至本次轉換完成。當ＢＵＳＹ為低時，新的轉換命令將不起作用。應注意的是，在ＢＵＳＹ變高之前，Ｒ／ Ｃ和ＣＳ必須變為高，否則將啟動一次無效的轉換過程。
ＬＴＣ１６０６的轉換結果以二進制補碼的形式并行輸出。轉換結果可按字?１６位?讀取，也可按字節?８位?分兩次讀取。在一次轉換完成之后，轉換結果送入輸出寄存器鎖存。當且僅當Ｒ／ Ｃ為高電平而ＣＳ為低電乎時，轉換結果才能被讀取。
芯片轉換結果輸出線的高字節和低字節的位置可用ＢＹＴＥ腳電平的變化加以改變，這樣ＬＴＣ１６０６芯片與１６位數據總線和８位數據總線的微處理器均能接口，可滿足不同的應用場合，從而使ＬＴＣ１６０６具有較廣的應用范圍。
３ 高精度數據采集電路設計
ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０ｘ是德州儀器（ＴＩ）公司推出的基于Ｃ２ｘＬＰ １６位定點低功耗的數字信號處理器系列，該系列可用于各種數字伺服控制和嵌入式控制系統。２４０ｘ系列ＤＳＰ芯片除具有ＤＳＰ芯片共有的速度快的特點外，最大的特點是片上集成了大量的外圍資源，主要包括雙存取ＲＡＭ以及ＦＬＡＳＨ和兩個事件管理模塊ＥＶＡ、ＥＶＢ，在事件管理模塊中主要有以下功能模塊：定時器、ＰＷＭ信號發生器、ＣＡＮ現場總線接口、ＳＣＩ串行通信接口、看門狗定時器以及通用的雙向數字Ｉ／Ｏ端口等。
筆者在研究海洋重力傳感器的信號提取過程中，為了實現高精度的信號采集?進行了大量的數據處理運算，并且以此為基礎實現了伺服控制。應用時采用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ作為這個系統的主控芯片，通過ＬＴＣ１６０６實現對模擬信號的采集和模數轉換，圖２所示為數據采集部分的電路原理圖。
在圖２所示的電路中，在５Ｖ供電的ＬＴＣ１６０６和３．３Ｖ供電的ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ之間加上了兩片１６位的總線驅動器。這樣，ＬＴＣ１６０６接地可使其工作在１６位并行輸出方式下，這樣可以很方便地實現和１６位ＤＳＰ的接口設計。為使ＬＴＣ１６０６的控制邏輯變得比較簡單，可將ＣＳ接地。在這種情況下，如果Ｒ／ Ｃ引腳變低，ＬＴＣ１６０６將對輸入信號進行采樣保持，并開始模數轉換。而在模數轉換過程中，ＢＵＳＹ將變低，直到轉換結束，此時微處理器將從ＬＴＣ１６０６的數據端口讀出模數轉換結果。
在用ＤＳＰ對ＬＴＣ１６０６進行控制時，可用ＤＳＰ的一次“假寫”操作將ＷＥ引腳置低，并使ＬＴＣ１６０６ Ｒ／ Ｃ引腳變低，從而啟動ＬＴＣ１６０６進行模數轉換。在轉換結束時，再由狀態引腳ＢＵＳＹ的上升沿信號產生ＤＳＰ的外部中斷ＸＩＮＴ１所需的中斷源信號，從而在ＤＳＰ的中斷程序中讀出模數轉換結果，并進行相應處理，然后啟動下一次模數轉換。值得注意的是，ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ的ＸＩＮＴ１外部中斷的極性是可編程的，在該系統中，必須將其編程為上升沿觸發。
圖３所示為ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ控制ＬＴＣ１６０６進行一次模數轉換的時序圖，在編制ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ的數據采集程序時，采用匯編語言具有較高的效率，下面給出和數據采集相關的初始化程序和讀取模數轉換結果的中斷子程序：
（１） 數據采集初始化子程序
ＡＤＩＮＩＴ?
ＳＥＴＣ ＩＮＴＭ ;關總中斷
ＣＬＲＣ ＳＸＭ
ＣＬＲＣ ＯＶＭ
ＣＬＲＣ ＣＮＦ ;Ｂ０區被配置為數據空間
ＳＰＬＫ ＃０Ｅ８Ｈ,ＷＤＣＲ ;不使能ＷＤＴ
ＬＤＰ ＃０Ｅ１Ｈ
ＬＡＣＬ ＭＣＲＡ
ＯＲ ＃０４Ｈ
ＳＡＣＬ ＭＣＲＡ ;配置串行口引腳為特殊功能:ＸＩＮＴ１
ＬＤＰ ＃０Ｅ０Ｈ ;指向７０００ｈ～７０８０ｈ區
ＳＰＬＫ ＃０００５Ｈ,ＸＩＮＴ１ＣＲ ;使能ＸＩＮＴ１中斷，并將ＸＩＮＴ１設為高優先級，同時使其在上升沿時產生中斷
ＬＤＰ ＃０Ｈ
ＳＰＬＫ ＃０００１Ｈ,ＩＭＲ ;使能中斷第１級ＩＮＴ１
ＳＰＬＫ ＃０ＦＦＦＦＨ,ＩＦＲ ;清全部中斷標志
ＣＬＲＣ ＩＮＴＭ ;開總中斷
ＲＥＴ
（２） 據采集中斷子程序
ＧＩＳＲ１: ?;優先級ＩＮＴ１中斷入口保護現場
ＬＤＰ ＃０Ｅ０Ｈ
ＬＡＣＣ ＰＩＶＲ,１ ?;讀取外設中斷向量寄存器（ＰＩＶＲ）,并左移一位
ＡＤＤ ＃ＰＶＥＣＴＯＲＳ ;加上外設中斷入口地址
ＢＡＣＣ ?;跳到相應的中斷服務
子程序
ＡＤＲＥＡＤ_ＩＳＲ:? ?;讀取模數轉換結果中斷程序
ＬＤＰ ＃０Ｈ
ＩＮ ＡＤＲＥＳＵＬＴ,０ＦＦＦＦＨ ?;讀取Ａ／Ｄ轉換結果，將其存于變量ＡＤＲＥＲＵＬＴ中
ＣＡＬＬ ＤＡＴＡＭＡＮＡＧＥ ;調數據處理函數
ＬＤＰ ＃０Ｈ
ＳＰＬＫ ＃０ＦＨ , ＳＴＡＲＴＡＤ
ＯＵＴ ＳＴＡＲＴＡＤ , ０ＦＦＦＥＨ ?;啟動Ａ／Ｄ轉換
ＣＬＲＣ ＩＮＴＭ ?;開總中斷,因為一進中斷就自動關閉總中斷
ＲＥＴ ?;中段返回
４ 結束語
由模數轉換器ＬＴＣ１６０６和ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ構成的數據采集電路中，其外圍電路和接口均很簡單，利用ＬＴＣ１６０６的高分辨率和ＤＳＰ的高速性能可滿足高精度的數據采集要求，并能完成大量復雜的數據處理工作，從而兼顧了數據采集處理的高精度和高速性，因此，具有廣泛的適用范圍。
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