图6-3 ADS8344的工作时序
在内部时钟模式下， SAR 生成自己的内部转换时钟。这免除不必生BUSY 转换时钟和允许转换结果微处理器被阅读处理器回在任何时钟频率从0MHz便利，为2.0MHz。 BUSY去在转换开始低，然后返回高当转换完成[7]。在转换，SCLK 仍将低为8μs最高。如果BUSY是低时 MSB 去低转换后，未来属于外部串行时钟边缘将写出关于 DOUT 行 (D14-D0) 。其余 MSB. 会是在每个时钟周期后，连续24小时CS 出位，如果BUSY是高时 DOUT 去低那么 CS生产线将在三态，直至BUSY不需要继续低一次凸-锡永已经开始。
6.1.4 ADS8344的主要工作特点
ADS8344控制寄存器是一个８位只写寄存器，数据从DIN引脚输入，当微机读取完上次转换结果时，下一个转换通道控制字节就写到了DIN引脚，需要８个DCLK时钟才能将完整控制信息写到控制寄存器。 控制寄存器各位功能说明如表6-1所示：
表6-1
MSB LSB S A2 A1 A0 预留 SGL/DIF PD1 PD0 S：控制字节开始位，为高时才表示输入字节有效。 A2～A0：模拟输入通道选择位。
SGL/DIF：模拟通道输入方式选择位。当为高时，为单端输入；为低时，为双端差分输入。
PD1～PD0：功率管理选择位。
6.1.5 A/D芯片周边部分电路
基准电压源在DAC电路中占有举足轻重的地位，其设计的好坏直接影响着DAC输出的精度和稳定性。而温度的变化、电源电压的波动和制造工艺的偏差都
- 9 -
会影响基准电压的特性。
ADS8344的8管脚的SOIC封装，它外部较少的管脚不仅能够很方便的实现与其它器件连接，并且它体积小，可以节省很多布线资源。TLV1572的最高采样速率为1.25MSPS，其积分非线性误差INL<±1LSB，可以采用2.7V至5.5V的供电电源。在这里选择的5V模拟电源供电。参考电压的取值范围这里为2.7V至5V[8]。
电路图如图6-4所示：
图6-4 A/D芯片及周边电路
基准电压源是模拟集成电路中极为重要的组成部分，它可以为串联型稳压电路、A/D和D/A转换器提供基准电压源，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源。
6.2 FPGA芯片的基本工作原理与基本架构
FPGA是整个高速数据采集系统的核心，它一方面控制前端AD的采样，另一方面对采集来的数据进行缓冲以及进一步的处理，充分发挥其灵活性。本章基于Altera公司的FPGA进行采集控制模块的设计，介绍了FPGA的工作原理及选型，再分别介绍了基于FPGA的采集控制模块的原理图设计以及相关软件的设计。
6.2.1 FPGA的工作原理
可编程逻辑阵列器件是可以由用户进行编程以实现所需逻辑功能的数字集成电路，利用其内部的逻辑结构实现任何布尔表达式、寄存器函数。和一般的ASIC电路相比，可编程逻辑阵列器件具有设计周期短，修改方便的优点[9]。
1985年，Xilinx公司推出了世界上第一款FPGA，此后，FPGA的发展非常迅
- 10 -
速，形成了各种不同的结构，目前主流的FPGA是Xilinx公司的产品。FPGA是在PAL,GAL,EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。通过编程可以立刻把一个通用的FPGA芯片配置成用户需要的硬件数字电路，因而大大加快了电子产品的研发周期，降低了研发成本，缩短了产品上市时间。FPGA具有高密度，运行速度快(管脚间的延时小，仅几个ns)的特点。用它来设计数字电路可以简化系统设计，缩小数据规模，提高系统的稳定性。
根据编程方式FPGA器件基本可分为三种：基于反熔丝编程的FPGA、基于SRAM编程的FPGA、基于闪存编程的FPGA。基于AD9446采集芯片反熔丝编程的FPGA具有体积小、集成度高和高速度的特点，还具有加密、防拷贝、抗干扰以及不需外接只读存储器的特点，但只能一次编程，比较适合于定型产品。后两种FPGA属于可重复编程型FPGA，SRAM型FPGA的突出优点是可反复编程，甚至能在系统运行中改变配置数据实现系统功能的动态重构。Flash Memory型FPGA具有非易失性和重复编程的双重优点，但不能动态重构，功耗也较SRAM型FPGA高。
从逻辑块的构造分类，FPGA的结构有三种：查找表型、多路开关型和多级与或门型。Xilinx公司FPGA的逻辑块构造有查找表型和多路开关型，其中具有代表性的查找表结构是Xilinx公司的XC系列FPGA，它的可编程逻辑单元是查找表，由查找表构成函数发生器，再由查找表来实现逻辑函数。Altera公司的FPGA器件，其逻辑块构造为多级与或门型，它的可编程单元是可配置的多路开关。利用多路开关的特性，对它的输入和选择信号进行配置，接到固定电平或输入信号上，实现不同的逻辑功能。还有一种是采用多级与非门结构的Altera公司的FPGA，在多级与非门结构中，可编程逻辑单元是一个异或逻辑块。查找表型的优点是功能多，N输入的查找表可以实现N个任意的组合逻辑函数。多路开关型的优点是可以把大量的多路开关和逻辑门连接起来，构成大量函数的逻辑块。多级与或门型的优点是可以方便地将待反馈的输出信号反馈到输入端，以实现闭环控制逻辑和多个逻辑块之间的级联。
随着大规模现场可编程逻辑器件的发展，系统设计进入“片上可编程系统” (SOPC)的新纪元：芯片朝着高密度、低压、低功耗方向挺进:在SOC芯片上可以将微处理器、数字信号处理器、存储器、逻辑电路、模拟电路集成在一个芯片上。
- 11 -
而如果将可编程逻辑电路1P核集成到SOC芯片上则会大大提高SOC芯片的灵活性与有效性，并且缩短了SOC芯片的设计周期。因此国际各大公司都在积极扩充其IP库，以优化的资源更好的满足用户的需求，扩大市场。
由此可见，FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题， 而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低，这使得FPGA占有越来越多的市场，特别是对小批量、多品种的产品需求，使FPGA成为首选。FPGA普及的另一重要原因是IP(知识产权)越来越被高度重视，带有IP内核的功能块在ASIC设计平台上的应用日益广泛。越来越多的设计人员，采用设计重用，将系统设计模块化，为设计带来了快捷和方便。并可以使每个设计人员充分利用软件代码，提高开发效率，减少上市时间，降低研发费用，缩短研发周期，降低风险。 FPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点[10]。
6.2.2 FPGA芯片的基本架构
为了让高产量应用的开发人员首次在产品中加入安全的系统内编程 (ISP)功能，Actel公司宣布实时推出ProASIC3激活套件及其25万门A3P250现场可编程门数组的样片。 Actel推出两种版本的激活套件，能够简化设计的实施并为A3P250器件提供低成本的全速编程能力。激活套件备有原型构建和低成本评估两个版本，能让开发人员探索ProASIC3/E系列产品独特的结构特性，包括安全的系统内编程和上电即用功能。
由于基于LUT的FPGA具有很高的集成度，其器件密度数万门到数千万门不等，可以完成极其复杂的时序逻辑电路与组合逻辑电路，因此适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。其组成部分主要包括编程/输入输出单元、基本可编程逻辑单元、内嵌SARM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元、内嵌专用单元等。
FPGA是由存放在片内的RAM来设置其工作状态的，因此工作需要对片内RAM进行编程。用户可根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。FPGA有如下几种配置模式：
（1）并行模式：并行PROM、Flash配置FPGA。 （2）主从模式：一片PRAM配置多片FPGA。 （3）串行模式：串行PROM配置FPGA。
- 12 -
