?本文將介紹一種基于ARM的高精度多路同步的數(shù)據(jù)采集與輸出控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。本設(shè)計選用德州儀器公司生產(chǎn)的AD芯片ADS8556和DA芯片DAC8574，分別采用SPI接口和IIC接口與ARM9芯片S3C2440連接，闡明其硬件設(shè)計與軟件設(shè)計方法。系統(tǒng)可實現(xiàn)多路且同步、高速高精度的數(shù)據(jù)采集與輸出控制功能。

ARM處理器是一種32位精簡指令集RISC微處理器，片內(nèi)集成了豐富的硬件資源，廣泛的應(yīng)用于許多嵌入式系統(tǒng)中。S3C2440是一款基于ARM920T內(nèi)核的32位RISC嵌入式處理器，運行主頻可達400MHz.本文闡述選用S3C2440處理器設(shè)計的一種同步、高速、高精度、多通道的數(shù)據(jù)采集與信號輸出系統(tǒng)的設(shè)計方法。

1多路同步A/D設(shè)計

1.1 ADS8556的功能

系統(tǒng)選用TI公司生產(chǎn)的16位6路同步逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS8556.輸入模擬信號電壓范圍為-12V~+12V.常規(guī)應(yīng)用下功耗為251.7mW，最大功耗為298.5mW，信噪比可達91.5dB.ADS8556芯片內(nèi)部包含6個獨立的采樣保持模塊和對應(yīng)的6個獨立的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可實現(xiàn)對6路信號的同時同步的模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADS8556工作模式分為硬件模式和軟件模式，本設(shè)計采用硬件模式。在硬件模式下ADS8556的功能設(shè)置（如每對通道的轉(zhuǎn)換使能、參考電壓選擇等）都是通過對相關(guān)引腳設(shè)置高低電平實現(xiàn)的。ADS8556支持并行和串行接口方式，本設(shè)計采用串行SPI接口與S3C2440連接。采用串行接口的優(yōu)點是節(jié)約S3C2440的引腳資源，S3C2440絕大多數(shù)引腳是功能復(fù)用的，若采用并行接口會占用其16個I/O引腳資源。

ADS8556具有3個串行數(shù)據(jù)輸出端口SDO_A、SDO_B、SDO_C，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過端口使能可選擇這3個串行端口中的1個、2個或3個工作。當(dāng)3個端口都選用工作時，每個串行端口上輸出對應(yīng)2路每路16位共32位的轉(zhuǎn)換結(jié)果，輸出時間需要32個時鐘周期，每路最大采樣率可達450kS/s.當(dāng)選擇2個串行端口時，每個端口輸出3路共48位轉(zhuǎn)換結(jié)果，輸出時間需要48個時鐘周期，每路最大采樣率可達375kS/s.由于S3C2440只有2個SPI串行接口，所以至多選擇ADS8556的2個串行輸出端口與其連接。

1.2 ADS8556與S3C2440接口電路設(shè)計

本設(shè)計選用ADS8556的1個SPI串行輸出端口SDO_A與S3C2440的1個SPI接口SPI0連接，SDO_A端口輸出全部6路共96位轉(zhuǎn)換結(jié)果，輸出時間需要96個時鐘周期，每路最大采樣率可達250kS/s.SPI串口以主從方式工作，S3C2440作為主機，ADS8556作為從機，需要4根或3根線連接，3根用于單向傳輸，4根連接線分別是MOSI（主機輸出/從機輸入），MISO（主機輸入/從機輸出），SCLK（時鐘信號），CS（片選使能），連接方式如圖1所示。其中SPI0接口只用了3根連接線SPIMISO0、SPICLK0和NSS0，未使用SPIMOSI0，這是由于本設(shè)計選擇ADS8556工作于硬件模式，S3C2440沒有給ADS8556輸入數(shù)據(jù)，其功能的設(shè)置（如每對通道的轉(zhuǎn)換使能、參考電壓選擇等）都是通過對相關(guān)使能引腳設(shè)置高低電平實現(xiàn)的。若在軟件模式下，這些功能的選擇是由S3C2440通過SPIMOSI對ADS8556內(nèi)部相應(yīng)寄存器進行賦值實現(xiàn)的，此時其相關(guān)使能引腳均接地。


圖1 ADS8556與S3C2440接口連接示意圖

1.3 ADS8556的接口程序設(shè)計

S3C2440作為主機，ADS8556作為從機，程序中要對S3C2440的SPI串行端口進行初始化設(shè)置，表1所示為相關(guān)引腳配置。

表1 ADS8556與S3C2440的接口引腳配置



圖2所示為ADS8556的采樣程序流程圖。S3C2440的SPI接口工作于主模式，數(shù)據(jù)傳輸采用中斷模式。本設(shè)計只使用了ADS8556的6路轉(zhuǎn)換通道中的4個通道。