探究关于ARM的多路同步的A/D和D/A设计

 本文将介绍一种基于ARM的高精度多路同步的数据采集与输出控制系统的设计方法。本设计选用德州仪器公司生产的AD芯片ADS8556和DA芯片DAC8574，分别采用SPI接口和IIC接口与ARM9芯片S3C2440连接，阐明其硬件设计与软件设计方法。系统可实现多路且同步、高速高精度的数据采集与输出控制功能。

ARM处理器是一种32位精简指令集RISC微处理器，片内集成了丰富的硬件资源，广泛的应用于许多嵌入式系统中。S3C2440是一款基于ARM920T内核的32位RISC嵌入式处理器，运行主频可达400MHz.本文阐述选用S3C2440处理器设计的一种同步、高速、高精度、多通道的数据采集与信号输出系统的设计方法。

1多路同步A/D设计

1.1 ADS8556的功能

系统选用TI公司生产的16位6路同步逐次逼近型模数转换芯片ADS8556.输入模拟信号电压范围为-12V~+12V.常规应用下功耗为251.7mW，最大功耗为298.5mW，信噪比可达91.5dB.ADS8556芯片内部包含6个独立的采样保持模块和对应的6个独立的模数转换模块，可实现对6路信号的同时同步的模数转换。ADS8556工作模式分为硬件模式和软件模式，本设计采用硬件模式。在硬件模式下ADS8556的功能设置（如每对通道的转换使能、参考电压选择等）都是通过对相关引脚设置高低电平实现的。ADS8556支持并行和串行接口方式，本设计采用串行SPI接口与S3C2440连接。采用串行接口的优点是节约S3C2440的引脚资源，S3C2440绝大多数引脚是功能复用的，若采用并行接口会占用其16个I/O引脚资源。

ADS8556具有3个串行数据输出端口SDO_A、SDO_B、SDO_C，转换结果通过端口使能可选择这3个串行端口中的1个、2个或3个工作。当3个端口都选用工作时，每个串行端口上输出对应2路每路16位共32位的转换结果，输出时间需要32个时钟周期，每路最大采样率可达450kS/s.当选择2个串行端口时，每个端口输出3路共48位转换结果，输出时间需要48个时钟周期，每路最大采样率可达375kS/s.由于S3C2440只有2个SPI串行接口，所以至多选择ADS8556的2个串行输出端口与其连接。

1.2 ADS8556与S3C2440接口电路设计

本设计选用ADS8556的1个SPI串行输出端口SDO_A与S3C2440的1个SPI接口SPI0连接，SDO_A端口输出全部6路共96位转换结果，输出时间需要96个时钟周期，每路最大采样率可达250kS/s.SPI串口以主从方式工作，S3C2440作为主机，ADS8556作为从机，需要4根或3根线连接，3根用于单向传输，4根连接线分别是MOSI（主机输出/从机输入），MISO（主机输入/从机输出），SCLK（时钟信号），CS（片选使能），连接方式如图1所示。其中SPI0接口只用了3根连接线SPIMISO0、SPICLK0和NSS0，未使用SPIMOSI0，这是由于本设计选择ADS8556工作于硬件模式，S3C2440没有给ADS8556输入数据，其功能的设置（如每对通道的转换使能、参考电压选择等）都是通过对相关使能引脚设置高低电平实现的。若在软件模式下，这些功能的选择是由S3C2440通过SPIMOSI对ADS8556内部相应寄存器进行赋值实现的，此时其相关使能引脚均接地。


图1 ADS8556与S3C2440接口连接示意图

1.3 ADS8556的接口程序设计

S3C2440作为主机，ADS8556作为从机，程序中要对S3C2440的SPI串行端口进行初始化设置，表1所示为相关引脚配置。

表1 ADS8556与S3C2440的接口引脚配置



图2所示为ADS8556的采样程序流程图。S3C2440的SPI接口工作于主模式，数据传输采用中断模式。本设计只使用了ADS8556的6路转换通道中的4个通道。