DSP高精度波形發(fā)生器系統(tǒng)設計方案解析

使用TMS320VC54X系列DSP控制模數轉換器AD7846，設計出幅度可精確至1毫伏的波形發(fā)生器。文中給出了具體的硬件實現框圖以及用來產生波形的DSP匯編源程序。
　　隨著電子技術的發(fā)展，波形發(fā)生器已經廣泛的應用在通信，控制，測量等各個領域。在很多地方，如測試測量領域，需要輸出的波形能夠精確地定位在某一整數值上，但通常由于ADC參考電平的限制，使之很難達到所需的精度，給系統(tǒng)的調試及軟件設計帶來諸多不便。本文采用了高精度的電壓參考芯片ADR434為模數變換器提供參考電平，使波形發(fā)生器的最低可調電壓達到125μV，為精確地輸出整數值電壓及其相應波形提供了方便的硬件環(huán)境。本設計具有輸出精確，控制靈活方便等特點。
　　系統(tǒng)設計
　　本系統(tǒng)采用TI公司生產的TMS320VC54X系列DSP作為核心控制器件，并采CYPRESS工司生產的CY7C1021V（64K*16RAM）來擴充DSP的外部數據存儲空間。在DSP與ADC及RAM之間的數據接口加入TI公司的74LVC16245（16位總線變換器）以增加DSP的驅動能力，并用來隔斷器件間的干擾。DSP與DAC之間的邏輯控制采用CPLD實現，這樣可以方便系統(tǒng)的設計與調試，本文中采用CPLD為ALETRA公司的EPM7064SLC84-10。整個系統(tǒng)的方框圖如圖1所示
　　
　　器件簡介
　　本系統(tǒng)所采用的模數變換器為AD7846，它是美國AD（Analog Device）公司基于LC2MOS工藝生產的16位數模轉換器。它有和兩個參考電平輸入端以及一個片內放大器。標準情況下可以將其配置為單極性輸出（0V到+5V，0V到+10V）或雙極性輸出（，）。當然，改變和兩個參考電平輸入端的電平，也可以改變其輸出的動態(tài)范圍。如本文中便是采用高精度電壓參考芯片AD434提供參考電平，使DA的動態(tài)范圍設置為。
　　AD7846采用分段式結構。DAC鎖存器的高4位選通16個電阻串中的一段，段的兩端接有運放作為緩沖，運放的輸出反饋至12位的模數變換電路，并由該電路提供后12位分辨率。這種結構可以確保16位單調性，兩個緩沖運放間輸入失調電壓的高度匹配還確保了優(yōu)良的積分非線性。
　　除了優(yōu)良的精度指標外，AD7846與微處理器的連接也非常方便。它有16位數據I/O口以及四根控制線（，R/，以及）。R/與用來控制對I/O鎖存器的讀寫，信號用于多DAC系統(tǒng)中同步更新多片DAC數據，用于將DAC的輸出復位至0V。
　　AD7846參考電壓的設計
　　為了使系統(tǒng)的輸出波形在幅度上能夠精確到1毫伏，本文采用AD434為AD7846提供參考電壓。ADR434為AD公司生產的低噪聲，高精度，低溫漂的電壓參考芯片。它采用了AD公司的溫漂曲率修正專利技術，可以使其電壓對溫度的非線性達到最小。二者的具體連接如圖2所示。
　　
　　圖2所示的連接方法使AD7846工作在雙極性輸出狀態(tài)下。AD434為DA提供+4.096V的參考電平，DA根據此電平經過雙極十六位線性分解，所得的最低可調電壓為4.096V/215=125μV。具體的編碼表如表1所示。
　　表1 AD7846編碼表
　　ADC鎖存器中的
　　二進制數
　　模擬輸出（ ）
　　最高位 最低位
　　1111 1111 1111 1111
　　1000 0000 0000 1000
　　1000 0000 0000 0001
　　1000 0000 0000 0000
　　0111 1111 1111 1111
　　0000 0000 0000 0000
　　+4.096V（32767/32768）=+4.095875V
　　+4.096V（8/32768） =+0.001V
　　+4.096V（1/32768） =+0.000125V
　　+4.096V（0/32768） =0V
　　-4.096V（1/32768） =-0.000125V
　　-4.096V（32768/32768）=-4.096V