利用AD574A設(shè)計(jì)基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　在自動(dòng)控制與檢測(cè)系統(tǒng)中，經(jīng)常涉及到模擬信號(hào)的采集與處理，一般的做法是使用單片機(jī)和其他芯片將系統(tǒng)資源擴(kuò)展進(jìn)而實(shí)現(xiàn)期望的功能，但是這種做法會(huì)使得外部電路規(guī)模和系統(tǒng)成本顯著增加，從而導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，一般很難達(dá)到較高的采樣速度。設(shè)計(jì)基于FPGA的高速采樣控制系統(tǒng)，靈活方便，可以很大程度提高系統(tǒng)的整體性能。

　　1、系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

　　本文所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理如圖1所示。該系統(tǒng)由FPGA采樣控制模塊構(gòu)成系統(tǒng)的核心電路，該模塊主要由控制器（Controller）、內(nèi)嵌雙口RAM（Adram）、地址計(jì)數(shù)器（Addrcnt）等三部分構(gòu)成。系統(tǒng)工作原理如下：控制器（Controller）作用是對(duì)AD574A進(jìn)行控制和對(duì)Adram執(zhí)行寫入操作。地址計(jì)數(shù)器（Addrcnt）作用分兩種情況：（1）當(dāng)計(jì)數(shù)器的清零端Cntclr為高電平時(shí)，其輸出為0;（2）當(dāng)時(shí)鐘Clkclr的上升沿到來(lái)時(shí)，其開(kāi)始計(jì)數(shù)，并提供存儲(chǔ)地址保存采集數(shù)據(jù)。內(nèi)嵌雙口RAM（Adram）的作用是在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的RAM，存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)，與此同時(shí)外部設(shè)備（比如DSP、單片機(jī)等）可以讀入其數(shù)據(jù)，以做進(jìn)一步處理。在wren處于高電平時(shí)，采集數(shù)據(jù)就可以根據(jù)輸入地址保存在相應(yīng)的存儲(chǔ)單元之中。

　　2、設(shè)計(jì)控制器（Controller）模塊

　　2.1、AD574A主要特點(diǎn)和工作時(shí)序圖

　　作為一種帶有三態(tài)緩沖器的快速12位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，AD574A可以直接與8位或16位微處理器相連，而不需要附加邏輯接口電路。其片內(nèi)有時(shí)鐘脈沖源和基準(zhǔn)電壓源，也無(wú)需外接時(shí)鐘和參考電壓等電路就可以正常工作。AD574A的轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs，線性誤差在±1/2LSB內(nèi)。芯片內(nèi)含有逐次STS逼近式寄存器SAR、DAC轉(zhuǎn)換電路、控制邏輯、比較器及三態(tài)緩沖器等。采用單通道單極性或雙極性電壓輸入和28腳雙立直插式封裝。AD574A由12位A/D轉(zhuǎn)換器、控制邏輯、三態(tài)輸出鎖存緩沖器、10V基準(zhǔn)電壓源四部分構(gòu)成，芯片具有兩種工作模式：?jiǎn)我还ぷ髂Ｊ胶腿俟ぷ髂Ｊ剑▓D1）。

　　圖1 ?數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)

　　AD574A的封裝形式雙列直插式，共有28個(gè)引腳（圖2），其中，CS為片選信號(hào)，低電平有效;CE為芯片允許信號(hào)，高電平有效;只有CS和CE同時(shí)有效，AD574A才能工作。R/C為讀出或轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，用于控制ADC574A是轉(zhuǎn)換還是讀出。當(dāng)為低電平時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換;當(dāng)為高電平時(shí)，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出。12/8為數(shù)據(jù)輸出方式控制信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)為12位;當(dāng)為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)是作為2個(gè)8位字輸出。A0轉(zhuǎn)換位數(shù)控制信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)，進(jìn)行8位轉(zhuǎn)換，為低電平時(shí)進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換。其操作功能見(jiàn)表1，相應(yīng)的工作時(shí)序圖見(jiàn)圖3。

　　圖2 ?引腳圖

　　圖3 工作時(shí)序圖

　　表1不同引腳狀態(tài)組合實(shí)現(xiàn)的AD574A操作功能表