??? 隨著數字信號處理技術的飛速發展，利用數字系統處理模擬信號的技術已經被運用到測繪?控制等眾多領域。將模擬轉換成數字量輸出接口的A/D轉換器正在向低功耗?高速度?高分辨率的方向發展。同時，對于信號采集系統的要求也變得更高?更多樣。本文介紹利用高效靈活的數模轉換芯片AD7656與高性能數字信號處理器ADSP 21369實現的多路信號采集系統。?

1 系統芯片簡介?

　　本采集系統采用AD7656為前端ADC，利用ADSP 21369實現數據的接收處理。?

　　AD7656是ADI公司的一款高性能ADC，它具有6個獨立ADC通道，采用iCMOS處理技術，可以實現6通道16bit逐次逼近(SAR)采樣，每個通道最高可達250kS/s的吞吐速率。具有低功耗寬輸入帶寬的特點，50kHz輸入頻率下SNR為86.5dB。片上有2.5V基準電壓源和基準緩沖器，支持并行?串行以及菊花鏈接口模式，支持軟硬件配置方式。?

　　ADSP 21369是ADI SHARC系列處理器的第三代產品，具有出色的處理性能。數字音頻接口(DAI)和數字外設接口(DPI)都可以通過用戶自定義訪問系統外設。這些自定義訪問接口，運用靈活，配置也十分簡便。?

　　本系統就是通過DAI訪問數據接收的SPORT0口， 通過DPI配置產生啟動信號的FLAG信號。具體應用將在后面的章節里詳細介紹。?

2 系統設計?

　　整個數據采集系統由AD7656實現對模擬信號的采集轉換，利用ADSP 21369接收采集到的數據，恢復波形。下面對整個系統設計及原理進行介紹。?

2.1 AD7656外圍配置?

　　AD7656有非常靈活的工作方式配置，可以采用軟硬件可選的配置方式，支持串行和并行等數據傳輸方式，串行輸出還可以選用三通道?雙通道以及單通道三種模式。本系統采用硬件配置方式，避免了繁瑣的軟件編程以及相應通信接口的設計，僅通過配置外部控制管腳的電平便可實現對芯片工作方式的設置。串行接口通信方式簡單。基于開發效率以及系統復雜度的綜合考慮，本設計使用硬件配置方式，選用了6通道采集單通道串口傳輸的方式對數據進行采集傳輸。?

　　選用硬件配置的方式，設置H/S SEL為低電平;選用單通道數據傳輸，設置SEL A=1，SEL B=0，SEL C=0，數據將從DOUTA通道輸出。同時所有通道的CONVST信號連接在一起，保證所有通道同步采樣。設置SER/PAR管腳為高電平，使用串行方式傳送數據。?

2.2 AD7656與DSP的接口設計?

　　AD7656的串口工作時序如圖1所示， 通過CONVST信號啟動轉換過程，BUSY標志著AD7656的工作狀態，BUSY為高時表示處于轉換狀態，轉換完畢后，BUSY信號變低，CS信號置低使數據在時鐘節拍下發送出去。?

?

　　由于AD7656發送數據不是完全連續的，所以DSP需要在同步信號的協調下進行數據接收。ADSP 21369的幀同步信號可以采用輸入或輸出兩種方式，而且有效電平也可以設置，應用十分靈活。在幀同步信號FS啟動后，數據將隨著時鐘節拍被讀取。?

　　值得注意的是，由于AD7656轉換過程只需要3μs， BUSY信號高電平脈寬很窄，無法滿足DSP所需幀同步信號脈寬的要求，不能直接充當DSP的幀同步信號使用。為了準確獲取數據轉換完畢的時刻，利用BUSY信號作為中斷源，每次數據轉換完畢時產生一個外部中斷。在中斷中，啟動串口。由DSP發出的幀同步信號作為AD7656的CS信號，數據采集及轉換過程中，CS保持高電平，此時無數據輸出;轉換完成后才使CS有效，以完成數據的傳輸。這樣既能及時獲取數據，又不會發生數據丟失的情況。?

　　圖2展示了AD7656和ADSP的接口連接。采用通用I/O管腳產生周期性的CONVST信號，轉換完畢以后產生中斷，進入傳輸數據的狀態，配置好的SPORT口發送同步信號使能CS，同時提供時鐘讀取數據。

2.3 DSP SRU設置?

　　ADSP 21369具有信號路由單元(SRU)，可以根據需要自定義與DAI及DPI相關的系統外設訪問，提高了管腳的復用率以及系統的靈活性。?

????SRU的配置也十分簡便，可以直接使用宏定義SRU(input，output)，也可以利用VDSP中的工具進行可視化連接，然后自動生成所需的配置代碼。本系統利用SRU對SPORT口的輸入輸出信號進行配置，部分配置代碼如下:?

void InitSRU()?

{?

　　SRU(HIGH，PBEN01_I);//SPORT0_CLK-->DAI_PIN1?

　　SRU(SPORT0_CLK_O，DAI_PB01_I);?

　　SRU(LOW，PBEN20_I);//DAI_PIN20-->SPORT0_DA?

　　SRU(DAI_PB20_O， SPORT0_DA_I);?

　　//其余管腳定義類同?

}?

2.4 軟件設計?

　　數據采集主要是CONVST信號的發送和檢測由BUSY信號引起的IRQ中斷信號。軟件延時產生一定頻率的CONVST采樣信號啟動AD7656進行數據轉換，完成后BUSY脈沖引起DSP的IRQ中斷，在中斷程序中配置使能SPORT口，為數據傳輸提供幀同步和時鐘信號。每次數據接收完畢，進入SPORT中斷，對下一次數據接收地址進行配置，關閉SPORT口避免數據的誤讀。圖3為數據采集流程。?

?

3 數據采集結果及性能分析?

3.1 數據采集結果?

　　AD7656具有6個輸入通道，選用通道5作為信號源輸入端口(每個通道工作情況一致，此處僅以通道5為例說明)。ADSP 21369按照各通道存儲接收到的數據，利用Visual DSP++的spot窗口(View->Debug Windows->Plo))觀察各通道數據接收情況，如圖4所示。由圖中結果可以看出，連接信號源的通道能夠成功恢復波形，其余接地通道都是小幅度噪聲，結果符合預期期望。?

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3.2 數據傳輸時序?

　　圖5為一幀數據傳輸的實測時序。其中，Ch1表示SPORT口時鐘信號;Ch2是AD7656的BUSY信號; Ch3是ADSP SPORT口幀同步信號; Ch4是ADSP接收數據信號。可以清楚看到，BUSY信號產生后，經過一段時延即產生幀同步信號，相應使能了AD7656的CS信號，同時提供時鐘信號，數據隨著時鐘節拍成功傳輸。?

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3.3 系統最大性能估算?

　　根據AD7656手冊可知，AD7656的SCLK可接受的輸入上限為18MHz，處理器串口時鐘可達50MHz，所以AD7656的時鐘范圍是限制本系統性能的一個重要指標。由此推算本系統能達到的最高采樣率。?

　　本系統采用FLAG信號利用軟件延時作為CONVST信號的輸入，單路串行輸出6通道數據，每個通道有16bit數據，這就意味著每個采樣周期至少要保證16×6個時鐘周期才能確保6個通道數據接收完整。根據SCLK最高18MHz的傳輸能力可知，理論上最高采樣率為18/96=187.5MHz。?

　　但是由于每個采樣周期數據轉換還將消耗一定時間，在采樣率較高的情況下，轉換所消耗的時間已經不能忽略，所以實際上系統無法達到此速度。下面將推導實際能達到的最高速度。?

　　假設采樣周期為Tconvst，通道數據轉換時間為3μs，所以 Tconvst-3代表采樣周期中傳輸數據的時間。6通道總數據量為96個時鐘周期，所以(Tconvst-3)/96近似為每bit數據的時鐘周期。由于sclk最大為18MHz，因此該模式下最高采樣頻率為:?

　　(Tconvst(max)-3)/96=1/18?

　　Tconvst(max)≈8.33μs?

　　即最高采樣率為1/Tconvst(max)=120kS/s?

????同理可知，若采用三口同時輸出轉換數據，實際最高采樣率能達到209kS/s。與實際試驗結果一致。?

????利用AD7656和ADSP 21369成功實現了模擬信號的數據采集，并且能夠達到較高的采樣率，具有很大的實用價值。該系統結構簡單，配置靈活方便。由于處理器的高性能還具有良好的擴展性，可以結合其他設備應用于ADC的眾多領域。?

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參考文獻?

[1] Analog Device，Inc.AD7656/AD7657/AD7658 Datasheet Rev A，2006.?

[2] Analog Device，Inc.EVAL-AD7656:Evaluation Board for 16-Bit，6-Channel Simultaneous Sampling ADC Data Sheet Rev 0，2007.?

[3] Analog Device，Inc.ADSP-21368 SHARC Processor Hard-ware Reference[Includes ADSP-21367，ADSP-21369， ADSP-21371，ADSP-21375]Revision 1.0，2006，9.?

[4] Analog Device，Inc.ADSP-21369 EZ-KIT Lite Manual Rev 2.1，2006，8.?

[5] 馮小平，羅勇江，羅明，等.ADSP技術與應用.北京:機械工業出版社，2008.?