徐磊 王顺利 张耀 赵永春
中国电子科技集团公司第二十九研究所 四川成都 610036
摘要：本文介绍了8bitAD转换芯片AD7828工作方式，并且设计了FPGA控制AD7828实现多通道模拟数据采集的系统架构。
关键词：数据采集；AD7828；FPGA
1、引言
AD7828是8 b的高速多通道模数转换器，它采用LC2MOS工艺和Half-Flash转换技术，使器件具有较低的功耗 (典型值为40 mW)。AD7828每个通道的转换速率为2.5μs，他采用5 V直流电压供电，模拟信号输入电压为0～5 V。外部处理器通过对AD7828的片选来启动器件的转换，并通过读信号 (使AD7828的引脚RD变低) 来读取转换出来的数据。
.png)
目前现场可编程门阵列(FPGA)具有强大的可编程功能、极高的集成度和丰富的逻辑资源，适合进行高速数字信号处理，能提供更高的系统速度和更好的解决方案。因而数据采集系统中使用FPGA控制模数转换器是常用方案。
2、AD7828工作模式
AD7828有两种工作模式:
第一种是适用于有等待状态接口的，微处理器的读操作把 CS、RD都变成低电平后开始启动AD转换。AD7828的数据总线直到数据转换完成才退出三态。AD转换器的输出状态有两种即INT和RDY，这2个信号可以作为微处理器的READY和WAIT的输入信号。RDY在 CS 的下降沿时变为低电平，而在AD转换完成时回到高阻状态。INT则是在AD转换完成时变为低电平而在CS或RD的上升沿回到高阻状态。如果不需要RDY信号，可以将引脚RDY直接接到GND。
第二种模式是适用于微处理器没有等待状态的情况。微处理器的读操作把CS、RD都变成低电平后开始启动AD转换，在RD的上升沿，微处理器所选择的通道地址被锁存，微处理器从三态数据输出口 (即DB0～DB7) 先读出前一次AD转换的结果，当然这个数据可以根据实际情况丢弃或保留。值得注意的是，在这种模式下，RDY输出信号不会提供任何AD状态的信息，因此必须将他连接到GND上。在转换结束时，INT变为低电平。微处理器的下一步锁存另外一个地址值到多路开关，然后开始新的一个AD转换，这才读到最新的转换数据。INT在这个读操作完成时回到高电平，此时CS、RD都回到了高电平。注意在两次读操作之间必须有2.5μs的延迟。
FPGA相比微处理器编程能力更灵活，可以很方便的实现与AD7828的交互时序，同时考虑AD7828的两种工作模式，第二种模式的首次采集值是无效的，意味着两次连续的采集才能得到有效值，时效上并非最优，因此本文选择第一种模式进行设计。控制时序如图。
.png)
3、采集系统设计
3.1 接口设计
参考电压VREF+连接+5V，VDD接+5V，VREF-和GND均接地。AIN1~8为待采集电压输入端，需利用外围分压电路将最终电压限定在0~+5V之间。DB0~7为采集有效值输出总线，A0~2为采集通道地址选择总线，均需直接连接FPGA。CS片选信号和RD读使能信号均负电平有效，收FPGA控制，其中CS信号需进行上拉。RDY为采集结束反馈信号，连接至FPGA同时上拉。接口连接见图。
.png)
3.2 控制时序设计
考虑一次采集请求顺次上报八路有效采集值的应用场景。CS和RD默认态为高电平，收到采集命令，CS和RD相继拉低，最先采集第一通道，故地址总线A2~0地址设置为“000”，等待RDY信号的上升沿。RDY信号的上升沿到来后标志着总线DB7~0数据有效，FPGA读入总线的值并缓存，与此同时将CS和RD拉至高电平。如果只是采集一个通道则至此结束，单通道的采集时间约2.5μs。本设计需继续剩余七个通道。AD7828连续两次采集间隔至少500ns至多600ns，若FPGA内部处理时钟为12MHz，同时预留余量则按8个时钟节拍等待（666ns）。等待结束后，地址总线加1，此时A2~0为“001”，则开始进行第二通道AIN2的采集，CS和RD信号按首次采集的时序再次拉为低电平。依次递增地址总线采集所有剩余通道。八通道的采集总时间为24.7μs（2.5μs*8+666ns*7）。
4 系统验证
验证设计时，使用多通道电源连接AD7828的AIN1~8电压输入端，调整八个通道的输入电压值（不超过+5V），下载线将采集程序下载至FPGA芯片，在电脑端通过chipscope观测数据总线DB7~0上报的采集值。在输入电压为0V时，采集值约为“0000-0000”，在输入电压为+5V时，采集值约为满刻度“1111-1111”，在输入电压为+2.5V时，采集值约为“1000-0000”。八个通道的输入电压递增时，采集值也对用递增，并且完成采集所需时间约24.7μs。
5 结论
本文完成FPGA控制AD7828实现多通道模拟量采集的软硬件设计，并验证了系统的有效性，可供采集系统设计借鉴。
参考文献
[1] ANAL OG DEVICES.Inc.AD7828.
[2] 卿启新. 基于FPGA 的LVDS 视频信号转换系统设计实现［D］. 广州: 华南理工大学， 2011
[3]方水良.基于AD7828和TMS320F206的多通道高速数据采集系统设计.现代电子技术，2003年23期
作者简介：徐磊（1987-01），男，汉族，籍贯：陕西西安，当前职称：工程师，学历：硕士研究生，研究方向：电子对抗技术