串行A／D與FPGA在微型數據記錄儀中的應用

摘要：以ADS8341為例，介紹了基于FPGA使用串行輸出A／D轉換器實現對多通道準同步采樣的方法，邏輯控制方式FPGA相比程序流程式的單片機而言，運行更為可靠，通過時序仿真和試驗驗證了該控制方法的正確性，系統體積小、集成度高，適用于容積小、功耗低的場合。
關鍵詞：AD8341；同步采樣；FPGA

0 引言
在現代電子技術應用領域，A／D轉換器是模擬信號轉換數字信號的中介，數據采集系統中，一般由單片機或其他微控制器對高精度A／D轉換器進行控制，通常采用軟件模擬A／D轉換器時序的方法，增加了CPU的負擔，降低了CPU的工作效率，現場可編程門陣列FPGA(Field Programmable GateArray)的高集成度和高速特性，使之相對于單片機和微控制器更適合用于高速A／D器件的采樣控制。另外，在電磁干擾較大的環境中，單片機會出現程序跑飛的問題，在利用看門狗復位的過程中，對采集的數據流而言，會存在數據的丟失問題。相對的，觸發沿或電平控制的FPGA，通過設計可靠的驅動，系統采集數據更為可靠。
本文是以一個3通道低頻小型數據記錄儀為研究背景，設計了以Actel公司FPGA為控制器的系統，對串行輸出A／D轉換器ADS8341進行控制，提高了系統集成度和穩定性。

1 ADS8341功能介紹
ADS8341是Burr Brown公司推出的一款低功耗，高性能的4通道，16位A／D轉換器，其串行接口降低了系統開發的成本，SSOP-16的小體積封裝適合微型設備使用。
1．1 ADS8341的功能
CH0～CH3：4個通道為模擬輸入端，可以設置為單通道輸入方式，也可以構成CH0-CH1，CH2-CH3，兩組差分輸入。
：引腳低電平有效，A／D轉換器進入低功耗模式。
Vref：參考電壓輸入端。
DCLK：系統的外部時鐘輸入端，最高輸入為2．4 MHz，此時芯片A／D轉換速度達到最大值，為100 ksa／s。
：A／D轉換器的片選端，低電平有效，高電平時其他引腳呈高阻態。
DIN：串行數據輸入端，片選信號有效時，在DCLK的上升沿，串行數據按位輸入A／D。
DOUT：串行數據輸出端，片選信號有效時，在DCLK的下降沿，將A／D轉換后的數字信號按位輸出。
BUSY：片選有效時，A／D轉換器輸出一個時鐘周期高電平信號。
Vcc和GND引腳分別為電源和數字接地端。
1．2 ADS8341的控制宇及轉換時序
ADS8341的控制字如表1所示：

ADS8341的控制字為8位，S為起始標志位，A2，A1，A0控制通道選擇，可以提供單通道或差分輸入方式不同通道選擇。*****高電平為單通道輸入方式，PD1，PD0為電源控制模式位，若為“11”，電源始終處于開啟模式。