В данной статье рассмотрен пример работы с АЦП К5101НВ015 на отладочной плате для процессора К1967ВН044. Проект для среды CM-LYNX приложен в конце статьи - "Файлы для скачивания".
В процессорах К1967ВН044, К1967ВН04BG реализовано два LINK-порта связи, работающих по стандарту LVDS. LINK-порты связи позволяют обеспечить взаимодействие с различными внешними устройствами, например, АЦП, ЦАП, процессоры К1967ВН02BG и К1967ВН044 (и К1967ВН04BG). Для работы с микросхемами АЦП и ЦАП в контроллер портов связи процессора К1967ВН044 (и К1967ВН04BG) были добавлены специальные функции, позволяющие выполнять гибкую настройку приёмника и передатчика. Так, например, при приёме данных от АЦП есть возможность выбрать разрядность данных (10, 12, 14 или 16 бит), порядок приёма данных (четные биты передаются по фронту, нечетные по срезу), а также установить аппаратное преобразование из смещённого в дополнительный код (спецификация, таблица 127 – «Регистр LRCTL»).
Для демонстрации возможностей процессора К1967ВН044 по работе с внешним АЦП на отладочных платах установлена микросхема К5101НВ015.
1. Описание примера работы с АЦП К5101НВ015
В примере показана процедура настройки процессора К1967ВН044 (К1967ВН04BG) и АЦП К5101НВ015. Для приёма данных от АЦП настраивается LINK-порт связи 0, для копирования полученных отсчётов из буфера порта связи в внутреннюю ОЗУ настраивается 8 канал DMA.
Инициализация АЦП выполняется по интерфейсу SPI. Так как подключение SPI сигналов от АЦП выполнено к выводам процессора, не имеющих функции для работы с контроллером SPI, то для взаимодействия с АЦП используется программная реализация SPI-интерфейса. В процессе инициализации АЦП также выполняется процедура калибровки.
После настройки процессора и АЦП осуществляется следующий алгоритм работы:
- Ожидается завершение работы DMA (флаг adc_dma_done).
- DMA копирует принятые данные из буфера порта связи в ОЗУ. По окончании передачи заданного количества данных (ADC_DMA_BUF_SIZE) DMA останавливается и возникает прерывание.
- В обработчике прерывания от DMA устанавливается флаг adc_dma_done, а также переключается состояние на выводе FLAG0. Переключение светодиода FLAG0 позволяет определить время выполнения одного цикла.
- В основном цикле вызывается функция для анализа полученных данных.
- В качестве анализа выполняется вычисление частотного спектра с помощью алгоритма БПФ, после чего определяется частота основной гармоники. Если частота основной гармоники совпадает с одной из указанных в примере (это 2 МГц, 4 МГц, 8 МГц), то загорается один из светодиодов FLAG1-FLAG3.
- После анализа запускается DMA для приёма данных и цикл повторяется.
Отсчёты, получаемые от АЦП, представляют собой знаковые 16-разрядные данные (12 бит выравнены по левой границе). LINK-порт упаковывает отсчёты в 128-разрядные слова, DMA перемещает принятые данные в ОЗУ также 128-разрядными словами. В файле "config.h" задаётся количество копируемых DMA 128-разрядных слов - ADC_DMA_BUF_SIZE, при этом количество полученных отсчётов составит 8*ADC_DMA_BUF_SIZE (8 отсчётов на одно квадрослово).
Параметры, используемые при анализе полученных данных, приведены в файле "analyze_adc_data.h":
SAMPLE_RATE_CLK = 20 МГц – тактовая частота АЦП;
INPUT_FREQ_1- INPUT_FREQ_3 = {2, 4, 8 МГц} – искомые частоты основных гармоник.
2. Особенности работы с АЦП К5101НВ015 на отладочной плате
Рисунок 1 - Микросхема АЦП К5101НВ015 на модуле процессорном
В качестве тактовой частоты АЦП используется сигнал, поданный на разъём X1. Входной сигнал для преобразования подаётся на разъём X17. Опорное напряжение АЦП задаётся внутренним источником UREFI = 1 В.
Вход АЦП OEN (разрешение выходов Q[13:0], CLKO, nCLKO) подтянут на плате с помощью резистора к шине общий, поэтому пока процессор не подаст на OEN напряжение высокого логического уровня, АЦП не будет выдавать данные.
Подключение шины данных АЦП К5101НВ015 к процессору К1967ВН044 выполнено по интерфейсу LVDS к LINK-порту 0, поэтому режим LVDS выбран по умолчанию (LVDSEN = 1). При передаче данных от АЦП к процессору есть особенность: АЦП передаёт чётные биты по срезу CLKO, а нечётные по фронту CLKO, при этом процессор ожидает получить данные наоборот - четные биты по фронту, а нечетные по срезу. На плате для обеспечения аппаратной совместимости тактовый сигнал CLKO от АЦП инвертирован (CLKO подключен к L0CLKIN, а nCLKO подключен к L0CLKIP).
Вывод Q12SEL подтянут на плате с помощью резистора R116 к питанию 1,8 В, поэтому АЦП работает в 12-разрядном режиме выходов (Q0 и Q1 находятся в высокоимпедансном состоянии). Необходимо отметить, что к процессору К1967ВН044 подключены все выходные линии Q0-Q13, а вывод Q12SEL имеет внутреннюю подтяжку к шине общий. Таким образом можно выбрать 14-разрядный режим работы выходов АЦП, убрав резистор R116.
