摘要：THS1206是TI公司推出的可編程、多通道、低功耗、內置FIFO的12位并行高速A/D轉換芯片。文章主要介紹了THS1206的主要特點、引腳功能、內部結構以及控制寄存器的功能和位定義。給出了以THS1206和DSP(TMS320C542)為核心構成的多路數(shù)據采集系統(tǒng)的設計方案。

    關鍵詞：可編程；多通道；高速；FIFO

１ 概述

ＴＨＳ１２０６有４個模擬信號輸入端，每個輸入端既可作為４個單獨的非極性信號的輸入通道，也可作為２個差分信號輸入通道，而且兩種方式可同時混合使用，具體的輸入通道模式可由內部控制寄存器控制。ＴＨＳ１２０６采用５Ｖ單電源供電，內置的１６字深度環(huán)形ＦＩＦＯ可存儲多次連續(xù)采集的數(shù)據，從而避免每次采集數(shù)據都要讀取。且在采集多次數(shù)據之后才通知ＣＰＵ讀取數(shù)據，減少了ＣＰＵ讀取數(shù)據的中斷次數(shù)，提高了系統(tǒng)的實時性。ＴＨＳ１２０６既可采用內部標準電壓，也可采用外部輸入標準電壓，并可由內部寄存器控制。 圖１為其引腳圖，各引腳定義如下：

ＡＩＮＰ、ＡＩＮＭ、ＢＩＮＰ、ＢＩＮＭ：模擬輸入通道，這四個引腳既可用做４個單獨的非極性模擬輸入信號，也可作為差分輸入通道Ａ和Ｂ的正負模擬信號輸入端。

ＡＶＤＤ、ＡＧＮＤ：ＡＤＣ模擬電壓和模擬地。

ＢＶＤＤ、ＢＧＮＤ：ＦＩＦＯ的數(shù)字電壓和數(shù)字地。

ＤＶＤＤ、ＤＧＮＤ：ＡＤＣ數(shù)字電壓和數(shù)字地。

ＣＯＮＶ ＣＬＫ?ＣＯＮＶＳＴ?：啟動轉換信號輸入端。

ＣＳ０、ＣＳ１：片選信號，低電平有效。

ＤＡＴＡ ＡＶ：ＡＤ轉換結束信號，數(shù)據輸出有效。

Ｄ０～Ｄ９：十位雙向數(shù)據線。

Ｄ１０／ＲＡ０：既可作為數(shù)據線Ｄ１０,也可作為內部控制寄存器的地址線ＲＡ０。

Ｄ１１／ＲＡ１：既可作為數(shù)據線Ｄ１１,也可作為內部控制寄存器的地址線ＲＡ１。

ＲＥＦＯＵＴ：２．５Ｖ參考電壓輸出。

ＲＥＦＩＮ：共模輸入參考電壓，作為ＡＤ轉換的標準參考電壓，可直接將此引腳接至ＲＥＦＯＵＴ引腳以輸入２．５Ｖ標準電壓。

ＲＥＦＰ、ＲＥＦＭ：外部輸入參考電壓的正負極接入。

ＲＤ、ＷＲ(Ｒ／Ｗ)：讀寫控制信號。

２ 內部結構及功能

２．１ 內部結構

ＴＨＳ１２０６內部由采樣保持器、邏輯控制單元、控制寄存器、ＦＩＦＯ、參考電壓控制單元等部分組成。其內部功能框圖如圖２所示。

ＴＨＳ１２０６有４路采樣保持器，可同時對４路信號進行采樣保持，并按順序依次對各通道的采樣保持值進行轉換。ＴＨＳ１２０６單個通道的最高采樣頻率可達６ＭＳＰＳ。同時采樣多個通道的模擬信號時，其采樣頻率與輸入信號的通道數(shù)有關。多通道采樣信號的采樣頻率與模擬信號的輸入通道數(shù)成反比。

２．２ 內部控制寄存器

ＴＨＳ１２０６內置２個控制寄存器（ＣＲ１和ＣＲ０），通過向內部控制寄存器寫入特定的控制命令可設定ＡＤＣ的具體工作狀態(tài)。Ｄ１１／ＲＡ１和Ｄ１０／ＲＡ０兩個輸入引腳可作為內部控制寄存器的地址線，通過輸入來選擇控制寄存器ＣＲ０或ＣＲ１。

ＣＲ０各位定義如下：

ＴＥＳＴ１、ＴＥＳＴ０：啟用測試功能，用于選擇ＡＤＣ 的測試電壓。ＴＨＳ１２０６有ＶＲＥＦＰ、（ＶＲＥＦＭ＋ＶＲＥＦＰ?／２、ＶＲＥＦＭ 三個測試電壓，通過測試３個不同電壓下的ＡＤ轉換值來檢查ＡＤ與ＣＰＵ的連接是否良好，并測試ＡＤ是否正常工作。ＴＨＳ１２０６處于測試模式時，ＤＡＴＡ ＡＶ輸出無效。ＴＨＳ１２０６從測試模式返回正常工作模式后，必須重新初始化。

ＳＣＡＮ：自動掃描模式。就是在有多個模擬信號輸入時，ＡＤＣ同時采樣各信號并同時保持各通道采樣值，然后依次對掃描的各采樣值進行ＡＤ轉換。多通道輸入模擬信號時都采用自動掃描模式。ＳＣＡＮ為１，禁止自動掃描模式，ＳＣＡＮ為０?啟用自動掃描模式。

ＤＩＦＦ１、ＤＩＦＦ０：定義差分模擬信號輸入的通道數(shù)。

ＣＨＳＥＬ１、ＣＨＳＥＬ０：定義ＡＤＣ所有模擬信號輸入的通道數(shù)。

ＰＤ：節(jié)電模式選擇，ＰＤ＝‘１’? ＡＤＣ處于正常工作狀態(tài)，ＰＤ＝‘０’，ＡＤＣ處于節(jié)電模式。

ＭＯＤＥ：轉換模式選擇，ＭＯＤＥ ＝‘０’，ＡＤＣ處于連續(xù)轉換模式；ＭＯＤＥ＝‘１’?ＡＤＣ采用獨立的轉換模式。

ＶＦＥＦ：參考電壓選擇，ＶＦＥＦ＝‘０’，選擇內部參考電壓；ＶＦＥＦ＝‘１’，選擇外部參考電壓。

控制寄存器ＣＲ１的各位定義如下：

ＲＢＡＣＫ：調試模式 ，ＰＢＡＣＫ＝‘０’，ＡＤＣ處于正常工作狀態(tài)，ＰＢＡＣＫ＝‘１’，ＡＤＣ處于調試狀態(tài)。當ＡＤＣ處于調試狀態(tài)時，可依次讀取內部控制寄存器ＣＲ１和ＣＲ０的值。

ＯＦＦＳＥＴ：零偏移補償模式，ＯＦＦＳＥＴ＝‘０’，ＡＤＣ處于正常工作狀態(tài)；ＯＦＦＳＥＴ＝‘１’，ＡＤＣ處于校準補償模式。ＡＤＣ采用零偏移補償模式時，輸入模擬信號置為零電平并進行轉換?轉換值（即零偏移補償值）存入內部補償寄存器；而當ＡＤＣ正常工作時，其轉換數(shù)值減去零偏移值以得到校正后的ＡＤ轉換值。通過零偏移補償有利于提高信號采集的準確度。

ＢＩＮ／２ｓ：輸出數(shù)據表示模式，ＢＩＮ／２ｓ＝‘０’，輸出數(shù)據以補碼形式表示；ＢＩＮ／２ｓ＝‘１’，輸出數(shù)據以二進制碼表示。

Ｒ／ Ｗ：讀寫選擇，Ｒ／ Ｗ為１時，ＷＲ為讀寫信號，ＲＤ輸入引腳禁止。Ｒ／ Ｗ為０時，ＲＤ輸入引腳為讀信號，ＷＲ輸入引腳為寫信號。

ＤＡＴＡ Ｐ：ＤＡＴＡ ＡＶ極性控制，ＤＡＴＡ Ｐ為１時，高電平有效，ＤＡＴＡ Ｐ為０時，低電平有效。

ＤＡＴＡ Ｔ：ＤＡＴＡ ＡＶ輸出方式控制，ＤＡＴＡ Ｔ為０時，ＤＡＴＡ ＡＶ為電平觸發(fā)；ＤＡＴＡ Ｔ為１時，ＤＡＴＡ ＡＶ為邊沿觸發(fā)。

ＴＲＩＧ１、ＴＲＩＧ０：設置ＦＩＦＯ觸發(fā)門限，通過ＴＲＩＧ１和ＴＲＩＧ０ 設置不同輸入通道時ＦＩＦＯ的觸發(fā)門限。

ＯＶＦＬ／ＦＲＳＴ：讀寫顯示信號，當作為讀信號ＯＶＦＬ時，顯示ＦＩＦＯ的溢出狀態(tài)，ＯＶＦＬ為１時， 表示ＦＩＦＯ 沒有溢出，ＯＶＦＬ為０時，ＦＩＦＯ溢出。當作為寫信號ＦＲＳＴ時，復位ＦＩＦＯ，對ＦＲＳＴ寫入１可復位ＦＩＦＯ。

ＲＥＳＥＴ：復位信號，對該位寫１，將對內部控制寄存器ＣＲ１、ＣＲ０設置復位值，同時也對ＦＩＦＯ和補償寄存器復位。

應當注意的是，在ＡＤＣ正常工作前，必須對其內部控制寄存器初始化，并設定其具體的工作模式。初始化的流程如圖３所示。

２．３ ＦＩＦＯ的使用

ＴＨＳ１２０６內置一個靈活的環(huán)形ＦＩＦＯ，ＡＤ轉換數(shù)據可直接寫入ＦＩＦＯ?最多可存入１６個字。使用內部ＦＩＦＯ 時，ＡＤＣ無需每采樣一次都產生中斷，因而可減少微處理器讀取采樣數(shù)據的中斷次數(shù)。為了控制ＦＩＦＯ的讀寫，ＦＩＦＯ用其設置的讀指針來指示下一讀取數(shù)據的位置?而用內置的寫指針來指示最后一次采樣數(shù)據放置的位置。若有多個模擬信號輸入，各個通道的轉換值依次寫入ＦＩＦＯ中。通過內部寄存器控制ＦＩＦＯ的觸發(fā)門限，觸發(fā)門限設定存入采樣數(shù)據的深度，存入數(shù)據達到此深度時，ＤＡＴＡ ＡＶ有效。

２．４ ＡＤ轉換

ＴＨＳ１２０６通過內部控制寄存器來設置ＡＤＣ的轉換模式是單獨轉換模式，還是連續(xù)轉換模式。單獨轉換模式時，啟動內部振蕩電路產生內部時鐘。在外部輸入ＣＯＮＶＳＴ的下降沿觸發(fā)ＡＤＣ采樣，并保持各模擬輸入信號，同時依次對各信號進行轉換并存入ＦＩ-ＦＯ。ＡＤ轉換開始到ＤＡＴＡ ＡＶ有效的時間段為轉換時間，轉換時間大小為ＡＤＣ內部振蕩器產生的內部時鐘和ＦＩＦＯ觸發(fā)門限的乘積。當轉換時間達到ＦＩＦＯ的觸發(fā)門限時間時，數(shù)據存入ＦＩＦＯ，此時，ＤＡＴＡ ＡＶ輸出有效，以通知微處理器讀取數(shù)據。輸入不同模擬信號通道時，ＦＩＦＯ的觸發(fā)門限不同，通過內部控制寄存器ＣＲ１中的控制位ＴＲＩＧ１、ＴＲＩＧ０可設定具體的ＦＩＦＯ觸發(fā)門限。相鄰ＣＯＮＶＳＴ的輸入時間應足夠長，以保證ＡＤＣ在此時間內完成ＡＤ轉換。

ＡＤＣ處于連續(xù)轉換模式時，內部振蕩電路關閉。外部時鐘信號可輸入ＣＯＮＶ ＣＬＫ引腳，并在ＣＯＮＶ ＣＬＫ的上升沿觸發(fā)ＡＤ轉換，以便ＡＤＣ依次采集保持各輸入信號。轉換時間為外部輸入時鐘信號和ＦＩＦＯ觸發(fā)門限的乘積。經過觸發(fā)門限時間后，其轉換值存入ＦＩＦＯ，ＤＡＴＡ ＡＶ有效，以通知ＣＰＵ讀取數(shù)據。此時ＣＰＵ讀取的數(shù)據為一段ＡＤ采集數(shù)據，數(shù)據個數(shù)等于觸發(fā)門限值。

３ 采集系統(tǒng)構成

利用ＴＨＳ１２０６和ＴＭＳ３２０Ｃ５４２構成的數(shù)據采集系統(tǒng)如圖４所示，ＡＤＣ作為ＤＳＰ的Ｉ／Ｏ存儲空間。通過設定控制寄存器使ＡＤＣ處于連續(xù)轉換模式，ＤＳＰ的緩存串口輸出時鐘作為ＡＤＣ的輸入時鐘，并用其上升沿觸發(fā)ＡＤＣ轉換。ＤＡＴＡ ＡＶ連接ＴＭＳ３２０Ｃ５４２的外部中斷引腳，ＡＤＣ轉換數(shù)據存入ＦＩＦＯ，在溢出時發(fā)出中斷，然后由ＤＳＰ響應中斷并讀取Ｉ／Ｏ空間?即ＦＩＦＯ?的數(shù)據。