ADl871型模/数转换器的应用

1 引言

科学技术的发展对数据采集系统的采样速率、分辨率、精度、接口及抗干扰能力等提出越来越高的要求。

AD1871是目前市场上动态范围、采样速率和采样精度等指标都很突出数据的一款24位ADC，它的推出为设计高速、高精度数据采集系统提供了一种较好的解决方案。由于其输出为串行输出，当其和MCU直接相连时，会使采样系统的采样速率大大降低。

如果MCU的I/O端口的实际最高速率是1MHz(单片机的速率通常是这个数量级)，那么I/O端13传输1Bit的最短时间间隔为1μs，当ADl871输出2路各24Bit时，需要实际串行输出64Bit，故采样速率下降为1MHz/64=15.625kHz，这个速率远远低于ADl871的96kHz，另外，单片机把64位串行数据再处理为2个24位的并行数据时，速度会进一步降低。

为此，笔者采用现场可编程门阵列(FPGA)设计了ADl871和MCU之间的接口，由FPGA完成对ADl871的控制，并将其输出的串行数据在FPGA的内部变为并行数据，并行后的数据以8位或12位为一组发给MCU。由于FPGA的实际传输速率可以满足和ADl871的传输速率要求，故上述“瓶颈”得以解决。

2 接口设计

2.1 时钟设计

图1示出A/D转换器的输入时钟设计，MD转换器工作在从模式下时，需要外部提供RLCLK和BCLK。在主时钟MCLK的输入下，通过对MCLK 4分频得到BCLK的信号，用来作为位数据提取的信号。RLCLK是通过对BCLK的32分频得到的，用来区分左右通道的数据，同时输出EN信号作为后续处理的同步信号。

2.2接口设计

在图2中，输入为MCLK(主时钟)、RESET(启动信号)和SHIFTIN(A/D输出数据)，输出为RL(左右帧信号)、BCLK(A/D数据位时钟)，TXT(并行数据读取控制)和SHIFTOUT(并行数据输出)。通过时钟控制输出BCLK和 RLCLK到AD1871，AD1871传出数据SHIFTIN进入SHIFT模块，SHIFT模块在正确的位时钟下读取SHIFTIN的输入数据，并进行串，并转换，之后输出8位或12位的数据。同时输出TXT并行数据读取控制。

2.3 SHIFT模块程序

Emity shifill is

PORT(BCLK：IN STD_LOGIC;一输入的BCLK位信号

CR ：IN STD_LOGIC;--输入的使能信号

SHIFTIN：IN STD_LOGIC：--AD输入的串行信号

RLEN：IN STD_LOGIC;--输入的RLCLK使能，帧对准信号

TXTS：OUT STD_LOGIC;--8位的组信号输出控制信号

sddddd：OUT STD_LOGIC_VECTOR (7DOWNTO 0); --8位并行信号输出);

end shift11：

architecture Behavioral of shift11 is

SIGNAL TEMPDATE：STD_LOGIC_VEC—TOR(8 DOWNTO 0);

SIGNAL TEMPO11：STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO 0)：=“00000000”;

SIGNAL Q：INTEGER RANGE 0 T0 7;