｜ Ｉ ＡＤ９７０７高速ＤＡＣ的内部寄存器配置 赵孔新。毕韬 （长春工业大学计算机科学与工程学院，长春１３００１２） 摘要：由于高速ＤＡＣ内部集成度的不断加大，ＤＡＣ外围电路趋于简单化，用户可以根据自己的需求配置ＤＡＣ内部寄存 器来选择ＤＡＣ的工作模式。本文在介绍ＡＤ９７０７的工作原理和典型电路的基础上，着重阐述了通过ＡＲＭ和ＦＰＧＡ两 种方式分别配置ＡＤ９７０７内部寄存器的方法，同时给出了两种配置方法基本操作的具体步骤和相应代码。 关键词：高速ＤＡＣ；ＳＰＩ；ＦＰＧＡ；驱动程序；’ＡＤ９７０７ 中图分类号：ＴＰ２１２ 文献标识码：Ａ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ＤＡＣ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤ９７０７ Ｚｈａｏ Ｋｏｎｇｘｉｎ．Ｂｉ Ｔａｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ＤＡＣ，ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｅｎｄｓ ｔｏ ｂｅ ｍｏｒｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ．Ｕｓｅｒｓ ｃａｎ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ＤＡＣ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｏｗｎ ｎｅｅｄｓ ｂｙ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＡＤ９７０７’Ｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｙｐｉｃａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｗｏ ｗａｙｓ ｔｏ ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ ｔｈｅ ＡＤ９７０７ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ＡＲＭ ａｎｄ ＦＰ— ＧＡ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｓｔｅｐｓ ａｎｄ ｃｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ＤＡＣ；ＳＰＩ；ＦＰＧＡ；ｄｒｉｖｅｒ；ＡＤ９７０７ 引 言 随着通信、丁业仪器设备和便携式设备的发展，新 一１ ＡＤ９７０７测试 测试电路主要由Ｓａｍｓｕｎｇ公司微处理器Ｓ３Ｃ２４１０、 Ａｌｔｅｒａ公司ＣｙｃｌｏｎｅｌＩＩ系列ＦＰＧＡ ＥＰ３Ｃ２５和ＡＤＩ公司 代高速ＤＡＣ逐渐朝高性能、低功耗、 片多功能集 成和输入输 高速化的方向发展。ＡＤ９７０Ｘ系列ＤＡＣ 针对低功耗特性进行了优化，同时仍保持出色的动态 性能，适用于手持便携式仪器等需要有效合成宽带信 的ＡＤ９７０７组成。ＦＰＧＡ主要负责算法，ＡＲＭ微处理 器主要负责控制字输入和ＬＣＤ显示。测试时，分别使 用Ｓ３Ｃ２４１０的ＳＰＩ接口和ＥＰ３Ｃ２５模拟ＳＰＩ接口，来配 置ＡＤ９７０７内部寄存器。测试的过程是，在ＦＰＧＡ中构 号的场合。ＡＤ９７０７精度高达１４位，其采样率为 １ ７５ Ｍｓｐｓ，内部集成边沿触发式输入锁存器，１．０ Ｖ温 度补偿带隙基准电压源和白校准功能使之能提供真ｌ４ 位ＩＮＩ 与ＤＮＩ 性能。ＡＤ９ ７０７还具有共模电位移动能 力，当与其他模拟器件连接时无需电平移动电路，从而 简化了模拟电路的设计，并且减小了小型便携式设计 中的印制电路板面积。 建了一个ＤＤＳ（数字直接频率合成器），通过修改控制 字来改变输出波形数据，经ＡＤ９７０７转换后检测输出 的波形。 如图１所示，ＡＤ９７０７的基本外围电路由低电压异或 门７４ＶＸ８６和运算放大器ＡＤＡ４８９９组成。测试时可以通 过跳线Ｊ１选择ＡＤ９７０７的Ｔ作模式：高电平时为ＰＩＮ模 由于ＤＡＣ内部集成度越来越高，外同辅助电路越来 越少，通过外同引脚的设置很难把ＤＡＣ所有的功能发挥 式；低电平时为ＳＰＩ模式；出现高电平脉冲时复位内部寄 存器。图中ＡＤ９７０７的输入时钟选择差分时钟；输出选择 单端输出，正向输出端ＩＯＵＴＡ与ＡＤＡ４８９９的反相输入 端相连，反向输出端ＩＯＵＴＢ接地；内部基准电压源ＲＥ— 出来。高速ＤＡＣ内部一般集成内部寄存器，用户可以通 过修改ＤＡＣ的内部寄存器，使ＤＡＣ输入输出模式达到设 计要求。为了减少芯片引脚数量，内部寄存器一般是通过 串行接口来配置，比较常见的接口有ＳＰＩ、Ｉ Ｃ和串行２一 ＦＩＯ与ＡＤＡ４８９９的同相输入端相连。ＡＤＡ４８９９将 ＡＤ９７０７单端输出的电流变化转换为电压变化。外部使 ｗｉｒｅ等。ＡＤ９７０７使用的是ＳＰＩ接口。 ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｒｎ．ｃｎ（投稿专用） ｌｌ００ＤＧＮＤ ＡＧＮＤ ｌ ０ＡＵＮＤ ＤＧＮＤ 呈豳 Ｄ伞 亍 ＡＶＤＤ３３ 警吕ＤＢ ｏ；蚕蚕蚕蚕ｏｏ詈吕菪 蚕Ｄ莹 ＤＢ； ７．５ｋＱｘ３ 】Ｂ０ ＡＶＤＤＰ５ Ｔ ４Ｔ７４ｖ Ｃ １ —［二卜 Ｈ ０Ａ一 ＤＢ１ ＤＢＯＰＩＮ／ＳＰＩ／ＲＥＳＥＴ ＡＤＡ４８９９ —一 Ｊ１０ 厂ＳＬＥＥＰ １ ｘ３ 量ＢＡ３ Ｂ Ａ Ｂ ２ Ｄ忤号—一 （ 卯 ＣＣ ＬＬ ０．１ｇＦ ＡＧＮＤ士 ％ Ｉ＇ＡＧＮＤ！－ ￣ 。、２５ ＡＧＮＤ －－￣１００ｐＦ Ａ６Ｎ－。Ａ 广 ｌ ＤＤＮ５ １０ ０Ｑ ＫＫ 一 ＤＶＤＤ３３ ＡＶＤＤ３３ 自０ 口 图１ ＡＤ９７０７的基本外围电路 ０口 Ｕ 用内部基准电压源时，ＲＥＦＩＯ引脚需用一个０．１ Ｆ电容 ００＞ 接地。７４ＶＸ８６与外部ＳＰＩ接口相连，主要起电压 Ｋ Ｆ 图２是外部ＳＰＩ端口与ＡＤ９７０７通信的时序图。 匹配整形作用。它的电压范围为１．２～３．６ Ｖ，支持 ＡＤ９７０７工作的１．８ Ｖ和３．３ Ｖ。 ｍ阱 ２ ＳＰＩ模式ＴＡＤ９７０７与外部ＣＰＵ的通信 在ＡＤ９７０７测试之前，必须按照外围电路的设 计配置好ＡＤ９７０７的Ｔ作状态。ＡＤ９７０７有两种配 置模式可供选择：ＰＩＮ模式和ＳＰＩ模式。设备可以 通过ＰＩＮ模式进行简单配置，也可以通过ＳＰＩ模式进行高 图２最高有效位先写入的ＳＰＩ通信时序 ｓ。 。］ 圃巫圈正圈 圊巫Ⅱ 整个通信周期分为指令阶段和数据传输阶段。第１ 阶段是指令阶段，在前８个ＳＣＩ Ｋ上升沿时将８位指令字 级配置。当用户使用白校准等高级功能时，必须使用ＳＰＩ 模式配置ＡＤ９７０７内部寄存器。 ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，串行外围设备接 口），主要应用在ＥＥＰＲＯＭ、Ｆｌａｓｈ、ＡＤＣ／ＤＡＣ上。ＳＰＩ 节写到ＡＤ９７０７中。指令字节决定了通信中第２阶段的 数据传输模式，定义第２阶段的数据传输是读或写，以及 数据传输的字节数和传输数据第１个要修改的寄存器地 址。指令字节组成如下： ＭＳＢ ＬＳＢ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０ 是一种高速的、全双工、同步的通信总线，在芯片的引 脚上只占用４根线，为ＰＣＢ的布局节省了空间。正是 由于这种简单易用的特性，现在绝大多数芯片都集成 ＳＰＩ通信协议。 ＳＰＩ的通信原理很简单，它以主从方式Ｔ作。这种模 式通常有一个主设备和一个（或多个）从设备，需要４根线 （单向传输时３根也可以）。ＡＤ９７０７的ＳＰＩ接口由ＳＣＩ Ｋ Ｒ／Ｗ Ｒ／Ｗ决定指令写入后，数据传输是读取还是写入。 Ｎ１和ＮＯ决定数据传输的字节数。Ａ４～Ａ０决定数据传 输时被访问的寄存器地址，多字节传输时用它来定义起始 寄存器地址。 （串行时钟）、ｓＤ１０（数据输入输出）和ＣＳＢ（片选）３根信号 线组成。串行时钟ＳＣＩ Ｋ用来同步数据，并从ＡＤ９７０７中 第２阶段是数据传输阶段，在此阶段外部ＳＰＩ控制器 与ＡＤ９７０７开始传输数据。一次传输的数据量由指令阶 段来决定，可以传输１～４个字节的数据。每个字节最后 一运行内部状态机，最大频率是２０ ＭＨｚ。串行数据输入输 出ＳＤＩＯ作为双向的数据总线，用于发送或接收数据。片 选信号ＣＳＢ低电平时启动通信周期，它允许多个设备在 位传输完成后，寄存器立刻改变。 当ＡＤ９７０７的１７脚（ＰＩＮ／ｓｐＩ／ＲＥＳＥＴ）上有一个下 同一条通信线路上使用。当ＣＳＢ为高电平时，ＳＤＩＯ引脚 为高阻抗状态。在整个通信周期内，ＣＳＢ必须保持低 电平 。 降沿电平变化时，ＳＰＩ端口的计数器将复位到指令周期的 初始状态。如果ＳＰＩ端口正处于一个指令周期或数据传 输周期，寄存器中不会写入任何数据。 ４２ 《平 机 嵌入式系髓ｌ应冈》ｌ匝日回国置霾嘲 ａｄｖ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｔｏｍ．ｃｎ（广告专用） ＡＤ９７０７内部寄存器主要包括：寄存器ＳＰＩ ＣＴＬ，地址 ｌｎｔ １； 为ＯｘＯ０，用于设置ＳＰＩ通信的具体模式、软复位和内部参考 源等，按照测试电路要求设置为０ｘ８０；寄存器ＤＡＴＡ，地址 为０ｘ０２，主要用于设置输出模式选择、数据上升沿锁存和 Ｓ１６ ａ［２］一｛０ｘ００８０，Ｏｘ０２００｝；／／地址０ｘ００的数据为０ｘ８０， ／／地址０ｘ０２的数据为ＯｘＯ０ ｆｏｒ（ｉ一０；ｉ＜２；ｉ＋＋）（ ＳＰＩＰｏｒｔＩｎｉｔ（０）； ／／通过两次赋值 ／／ＳＰＩ端口初始化 时钟输入模式选择等，按照测试电路要求设置为ＯｘＯ；寄存 器ＣＡＬＭＥＭ、ＭＥＭＲＤＷＲ和ＴＲＩＭ等用于校准和静态寄 存器访问。测试时主要使用寄存器ＳＰＩＣＴＬ和ＤＡＴＡ。下 面围绕着这两个寄存器的配置介绍两种配置方式。 ～ｒＳＰＰＲＥ０—０ｘ０； ／／设置波特率ＳＣＬＫ为２０Ｍｂ／ｓ ｒＳＰＣＯＮＯ一（Ｏ＜＜５）ｌ（１＜＜４）ｌ（１＜＜３）Ｉ（１＜＜２）Ｉ（Ｏ ＜＜１）ｌ（Ｏ＜＜Ｏ）； ／／设置ＳＰＩ端口为Ｐｏｌｌｉｎｇ模式，时钟使能，ＳＰＩ为主控模式 ｒＳＰＰＩＮ０一（Ｏ＜＜２）Ｉ（１＜＜１）（Ｏ＜＜０）； ３ 通过ＳＰｌ端口配置ＡＤ９７０７内部寄存器 ３．１ 使用ＡＲＭ微处理器的ＳＰｌ接口 ￥３Ｃ２４１０是Ｓａｍｓｕｎｇ公司推出的采用ＲＩＳＣ结构的 ／／禁止多主控错误检测使能，主机输出后释放ＭＯＳＩ ｉｆ（ｒＳＰＳＴＡＯ＆０ｘ１）｛ ／／检查ＳＰ１０的状态 １６／３２位ＡＲＭ微处理器。它基于ＡＲＭ９２０Ｔ内核，采用 五级流水线和哈佛结构，频率达到２０３ ＭＨｚ，是高性能、 低功耗的硬宏单元。￥３Ｃ２４１０还包含下列部分：ＬＣＤ控制 器（ＳＴＮ＆ＴＦＴ）、ＮＡＮＤ Ｆｌａｓｈ引导装入程序、系统管理 （片选逻辑和ＳＤＲＡＭ控制器）、３通道ＵＡＲＴ、４通道 ） ｒＳＰＴＤＡＴ０一ａ［ｉ］；ｉ＋＋； ／／发送数据，准备下一次发送 ｒＳＰＣＯＮＯ一（Ｏ＜＜５）Ｉ（Ｏ＜＜４）ｌ（１＜＜３）ｌ（１＜＜２）ｌ（ｏ ＜＜１）ｌ（Ｏ＜＜Ｏ）； ／／设置ＳＰＩ端口为Ｐｏｌｌｉｎｇ模式，禁止ＳＣＫ，选择主控模式 ｝ ＤＭＡ、４通道ＰＷＭ时钟、Ｉ／Ｏ口、ＲＴＣ、８通道１０位ＡＤＣ 及触摸屏接口、Ｉ Ｃ总线接口、Ｉ。ｓ总线接口、ＵＳＢ主口和 设备口和２通道ＳＰＩ总线接口。 ￥３Ｃ２４１０具有２个ＳＰＩ接口模块，每个模块分别具有 ２个８位移位寄存器用来接收和发送数据。数据的接收 （串行移入）和发送（串行移出）是同时进行的，串行数据的 使用￥３Ｃ２４１０的ＳＰＩ接口可以很方便地配置 ＡＤ９７０７，但是在测试电路板上￥３Ｃ２４１０离ＡＤ９７０７较远， 布线时比较复杂，不得不使用飞线。为了解决布线困难的 问题，采用ＦＰＧＡ模拟ＳＰＩ接口配置ＡＤ９７０７内部寄 存器。 速率由相应的寄存器设定。其时序很简单，主要是在 ＣＬＫ的控制下，２个双向移位寄存器进行数据交换。当一 个数据写入ＳＰＴＤＡＴｎ寄存器时，如果ＥＮＳＣＫ和 ＳＰＣＯＮｎ寄存器中的ＭＳＴＲ位被置位，则启动数据发 ３．２使用ＦＰＧＡ模拟ＳＰＩ接口 ＦＰＧＡ（Ｆｉｅ１ｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）即现场可编 程门阵列。ＦＰＧＡ的使用非常灵活，同一片ＦＰＧＡ通过不 同的程序可以产生不同的电路功能。本文使用ＶＨＤＬ语 送 。ＳＰＩ接口发送数据的流程如图３所示。 Ｉ ｓＰＩ初始化 ｌ Ｉ— ／发送标志位＼ ＼的状态＝１ ７／ ‘Ｙ 言编写一个ＳＰＩ控制器，来发送配置数据给ＡＤ９７０７。 当仅需要向ＡＤ９７０７中写入数据时，使用ＳＰＩ时钟线 ● ＳＣＬＫ、ＳＰＩ数据线ＳＤＩＯ和片选线ＣＳＢ即可通信。根据 图２中的写入时序编写程序 ，具体代码如下： ＬＩＢＲＡＲＹ ＩＥＥＥ： ＵＳＥ ＩＥＥＥ．ＳＴＤＬ０ＧＩＣ１ １ ６４．ＡＬＩ ； 『 设置波特率 ｔ 向ＳＰＴＤＡＴｎ写入数据 ● ｌ设置ＳＰＣＯＮｎ来 ｝ 配置ＳＰＩ模块 ● 将ｎＳＳ配置为高电平 ● ＵＳＥ ＩＥＥＥ．ＳＴＤＬＯＧＩＣＵＮＳＩＧＮＥＤ．ＡＬＬ； ｌ设置作为ｎｓｓ的ＧＰＩｏ ｌ 配置为低电平 进入下一次传输 ＥＮＴＩＴＹ ＳＰＩ ＩＳ ＧＥＮＥＲＩＣ（ＤＡＴＡ：ＳＴＤ ＬＯＧＩＣ ＶＥＣＴ０Ｒ（１ １ Ｄ０ＷＮＴ０ ０）：＝“１１０１０１１０１０１１”）； 图３ ＳＰＩ数据发送流程 一配置数据 ＰＯＲＴ（ＳＣＬＫ：ＩＮ ＳＴＤ ＬＯＧＩＣ； ＣＳＢ，ＳＤＩＯ：ＯＵＴ ＳＴＤＬＯＧＩＣ）； 使用￥３Ｃ２４１Ｏ的ＳＰＩ端口０来配置ＡＤ９７０７内部寄 存器的主程序如下： ｖｏｉｄ ＳｐｉＭＳｐｏｌｌ（ｖｏｉｄ）｛ ＥＮＤ ＳＰＩ： ～ＡＲＣＨＩＴＥ（ ＴｔＪＲＥ ＢＥＨＡＶＥ ＯＦ ＳＰＩ ＩＳ ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｒｎ．ｃｎ（投稿专用） Ｍｉｃｒ。ｃ。ｎｔｒ。ＩＩｅｒｓ＆Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ４ ３ ｔ ｌ ＳＩＧＮＡＬ Ｃ（）ＵＮＴ：ＳＴＤ Ｉ （）ＧＩＣ ＶＥＣＴ（）Ｒ（３ Ｄ０ＷＮＴ０ ０）； ＳＩＧＮＡＬ ＲＥＧ：ＳＴＤ Ｉ （）ＧＩＣ ＶＥＣＴＯＲ（１ １ Ｄ（）ＷＮＴ（）Ｏ）； ＳＩＧＮＡＬ Ｘ：ＳＴＤ ＬＯＧＩＣ； ＢＥＧＩＮ 程序编译仿真后得到的时序图如图４所示。整个程 序综合之后仅占用４个逻辑单元，使用类属参数定义配置 数据，方便用户按照自己的设计随意修改。由于ＡＤ９７Ｏ７ 与ＦＰＧＡ直接相连，用ＦＰＧＡ直接配置ＡＤ９７０７在ＰＣＢ 走线上方便很多，比较适合于我们的测试平台。通过在 ＰＲＯＣＥＳＳ（ＳＣＬＫ，Ｘ） ＢＥＧＩＮ ～产生片选信号ＣＳＢ ＦＰＧＡ中构建的ＤＤＳ发送波形数据，即可构成一个简易波 形发生器，产生一些常见的波形。 ＩＦ（ＣＯＵＮＴ－￣”１１１１”）ＴＨＥＮ Ｃ０ＵＮＴＸＩＦ（ＳＣＩ Ｋ ＥＶＥＮＴ ＡＮＤ ＳＣＩ Ｋ＝＝ １ ）ＴＨＥＮ ＣＳＢ ＳＣＬＫ ＳＤ１０ ＜一Ｃ０ＵＮＴ＋ １ ； ＜一 。。０：。 ＥＬＳＥ 【二（）ＵＮＴＸ＜一（（丌ＨＥＲＳ一＞．１ ）； ＜＝ ｌ ； ＥＮＤ ＩＦ： ＥＮＤ ＩＦ： ＣＳＢ＜一Ｘ： ＥＮＤ ＰＲ０ＣＥＳＳ： ＰＲＯＣＥＳＳ（ＳＣＬＫ） ＢＥＧＩＮ 从ＳＤＩＯ串行发送配置数据 ＩＦ（ＳＣＩ ＫＥＶＥＮＴ ＡＮＤ ＳＣＬＫ一 １ ）ＴＨＥＮ ＩＦ（Ｃ０ＵＮＴ一”０００ｌ”）ＴＨＥＮ ＲＥＧ＜一ＤＡＴＡ ＥＬＳＥ ＲＥＧ（一ＲＥＧ（１０ ＤＯＷＮＴＯ Ｏ）８Ｌ ’０： ＥＮＤ ＩＦ： ＥＮＤ ＩＦ： ＥＮＤ ＰＲ（）ＣＥＳＳ： ＳＤＩＯ＜一ＲＥＧ（１１）； ＥＮＤ ＢＥＨＡＶＥ： 一 图６手写代码与生成代码计算结果对比 ５ 结 论 生成代码在ＣｏｄｅＷａｒｒｉｏｒ编译后效率会降低，但随着程 序长度的增加，代码运行的主要执行时间将更多地消耗在逻 ４４ 《年 机 嵌入式系饶应国》 ａｄｖ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｎｒ．ｃｎ（广告专用）
