在科学技术高度发展的现代社会，高速数据采集处理系统越来越广泛地应用于雷达、通讯、图像、军工以及医疗化工等领域。本文给出了一种基于8 b高速AD转换器AD7828和性能优良的数字信号处理器TMS320F206的高速数据采集系统的设计。

1　AD7828介绍
   AD7828是8 b的高速多通道模数转换器，他采用LC2MOS工艺和Half-Flash转换技术，使器件具有较低的功耗（典型值为40 mW）。AD7828每个通道的转换速率为2．5μs，他采用5 V直流电压供电，模拟信号输入电压为0～5 V。外部处理器通过对AD7828的片选来启动器件的转换，并通过读信号（使AD7828的引脚RD变低）来读取转换出来的数据。AD7828的引脚分布如图1所示，内部结构如图2所示，AD7828的引脚定义如表1所示。

　　AD7828进行数据转换的基本原理是通过使用一种叫半闪速的转换技术，由2个4 b闪速AD来达到一个8 b转换的结果，每一个闪速AD转换器包含15个比较器，他们将未知的输入电压与参考电压做比较以获得4 b的转换结果。但是高4 b与低4 b的转换过程不尽相同，高位闪速AD转换器首先获得最主要的高4 b转换数据，AD7828内部的一个DA转换器将这4 b数据再转换为模拟信号的近似值，然后把他与原来的输入信号相比较，用原来的输入信号减去这个近似值。最后低位闪速AD转换器将他们的差值转换为低4 b数据。

　　总的来说他是将转换过程分成两步来进行的。AD7828的2个参考电压决定了模拟信号输入的测量范围和测量灵敏度，V_REF（＋）－V_REF（－）的值越小，测量的灵敏度就越高（比如，如果V_REF（＋）＝2 V，V_REF（－）＝0 V，那么1 LSB＝7．8 mV）。
    当AD7828开始工作时，通道的选择是由A0，A1，A2的组合决定的，如表2所示。

　　AD7828有两种工作模式：
    第一种是适用于等待状态接口的，微处理的读操作把_，都变成低电平后开始启动AD转换。AD7828的数据总线直到数据转换完成才退出三态。AD转换器的输出状态有两种即和RDY，这2个信号可以作为微处理器的READY和WAIT的输入信号。RDY在的下降沿时变为低电平，而在AD转换完成时回到高阻状态。则是在AD转换完成时变为低电平而在或的上升沿回到高阻状态。如果不需要RDY信号，可以将引脚RDY直接接到GND。
　　第二种模式是适用于微处理器没有等待状态的情况。微处理器的读操作把_，都变成低电平后开始启动AD转换，在的上升沿，微处理器所选择的通道地址被锁存，微处理器从三态数据输出口（即DB0～DB7）先读出前一次AD转换的结果，当然这个数据可以根据实际情况丢弃或保留。值得注意的是，在这种模式下，RDY输出信号不会提供任何AD状态的信息，因此必须将他连接到GND上。在转换结束时，变为低电平。微处理器的下一步锁存另外一个地址值到多路开关，然后开始新的一个AD转换，这才读到最新的转换数据。在这个读操作完成时回到高电平，此时_，都回到了高电平。注意在两次读操作之间必须有2．5μs的延迟。

2　TMS320F206 DSP芯片简介
　　TMS320F206是美国TI（德州仪器）公司继TMS320C2X和TMS320C5X之后推出的一种低价格、高性能的16 b定点运算DSP。其CPU接近于TMS320C25，但时钟速率提高、指令集更为丰富和优化、片内外设向TMS320C5X靠拢。TMS320F206（以下简称为F206）的性价比较高，目前已成为高档单片机的理想替代品，在通信、语音／语言、军事、仪器仪表、图像处理、工业控制等领域得到了广泛地应用。F206采用静态CMOS集成工艺制作而成，先进的哈佛结构使得程序和数据存储器独立编址、独立访问，2条总线可允许数据与指令的读取同时进行，从而使数据的吞吐率提高了一倍；高度专业化的指令系统提供了功能强大的信号处理操作；闪速存储器内嵌于DSP中，可减小系统体积，提高系统稳定性。F206为100引脚的TQFP（正方扁平）封装，体小质轻，适于便携式仪器的设计。F206用一个16×16的硬乘法器来进行有符号或无符号数的乘法运算，积为32 b，乘累加指令仅需一个机器周期（20 M时钟时为50 ns）。

3　数据采集系统设计
　　在程序空间，F206利用FLASH存储器来存储程序，F206片内的32 kBFLASH存储器足以满足本设计系统的要求，不用再外接其他非易失性存储器。在I／O空间，除了256 B的高端I／O空间由F206保留或作为外设寄存器使用外，其余的I／O空间皆可为用户使用；但对于需要频繁对数据进行读写操作的数据空间，F206留给用户的只有从1800H～FFFFH大约58 kB的范围，对于本设计中的多通道高速数据采集系统来说是远远不够的。目前应用在DSP系统中的海量存储器主要有3种：SRAM，FLASH和DRAM，3种海量存储器各有其优缺点：SRAM与F206接口最简单，软件设计也很容易，读写速度最快，然其价格较高；FLASH与F206的接口比较容易，数据读出速度较快，只是写入速度稍慢；但其价格适中，可靠性高，数据可永久保存；DRAM与F206的硬件接口简单，软件设计却非常繁琐，在实际应用中一般都需要DRAM控制器。3种海量存储器的存储容量一般都在64 kB以上，因而如果只依靠数据空间是不可能实现F206与这些海量存储器间的接口的，但是我们知道F206有大量的I／O空间是闲置不用的，因此我们可以将I／O空间的每个I／O地址看作是“页”，每“页”的大小是用户的58 kB数据空间，则F206的整个扩展的数据空间理论上可以达到（64KB-256）×58KB≦3700MB。据上述综合考虑，设计了F206与AM29F040B-120PC（FLASH，512 kB×8 B）的接口电路，如图3所示，另外图3还给出了AD端的接口电路。AM29F040B120PC的地址分配表如表3所示。

　　图3中，F206的IO0，IO1通过控制AD7828的来启动转换，F206的IO0，IO1通过2-4译码来选择应该启动AD7828的哪一个通道的AD转换。AD7828的8b数据总线与F206的最高8b连接。另外，前者用中断信号通知后者AD转换结束。
　　在数据存储器接口一边，F206的数据总线的高8b直接与AM29F040B的数据总线相连，地址总线的低16b也与AM29F040B的低16b直接连接。F206通三个控制脚的时序信号，另外还通过D0～D2控制A16，A17，A18的电平高低来决定对AM29F040B的哪一扇区进行读写，并将其映射到F206的I／O空间。这部分简单逻辑全部由1片GAL16V8D实现。
　　在图3中我们注意到F206也通过串行口与计算机连接，这个接口在实际运用中可以设计成为接插件，这样数据采集系统既可以在线采集数据，也可以以离线的方式采集，最后再传输到计算机进行数据处理。

4　采集系统设计过程中的注意事项
　　在DSP硬件系统的印制电路板设计阶段，一定要使布线正确合理。布线正确一般都能做到，但要做到合理，则并不容易。DSP硬件系统中最易出现的问题是高频干扰。因此，在布线时应尽量使高频线短而粗，且远离易受干扰的信号线，如模拟信号线。此外，电源滤波、模拟线与数字线分离等也是不容忽视的。在DSP硬件系统的调试过程中，应确保给实验板供电的电源有好的恒压恒流特性。因为在调试中要经常对实验板开断电，若电源质量不好，则很可能在突然上电时因电压陡升而烧坏芯片。
　　将可执行程序代码烧录进片内FLASHRAM可通过JTAG仿真测试口来完成。烧录时TMS320F206的处理速度必须为20 MI／s，即CLKOUT1的时钟频率应为20 MHz。若当片内程序运行速率需要超过20 MHz时，可采用频率不大于20 MHz的外部时钟源，然后根据程序运行和程序烧录所需时钟的不同通过跳线来确定DIVl和DIV2引脚的高低电平，以分别满足程序运行和程序烧录不同的时钟需要。通过JTAG仿真测试口向FLASH RAM烧录代码需要经过清零、擦除和编程3个步骤。这3个步骤在烧录程序时，必须按顺序进行，否则在程序烧录过程中将出现错误，从而使程序烧录失败。

5　结　语
　　AD7828具有高速的数据采样速度，DSP具有高速数据处理能力，将两者结合起来运用，可以达到很好的数据采集效果。此外在设计过程中总结了以下几点经验：
　　（1）并行的数据线和编码时钟信号线应尽量粗、短。
    （2）认真处理好复位和时钟信号。
　　（3）在DSP电路中，对所有的输入信号必须有明确的处理，不能悬浮和置之不理。
　　（4）模拟电路和数字电路独立布线，最后单点连接电源和地。
　　（5）片外数据存储器应靠近DSP芯片放置，要合理布局，保证数据线和地址线长短基本一致。
    （6）关键部分建议布上地网。

参考文献