引 言

本系統以AD7892SQ和CPLD（復雜可編程邏輯器件）為核心設計了一個多路信號采集電路，包括模擬多路復用、集成放大、A/D轉換，CPLD控制等。采用硬件描述語言Verilog HDL編程，通過采用CPLD使數據采集的實時性得到提高。

1、 硬件設計

針對多路信號的采集，本系統采用4/8通道ADG508A模擬多路復用器對檢測的信號進行選擇，CMOS高速放大器LF156對選中的信號進行放大，AD7892SQ實現信號的A/D轉換，CPLD完成控制功能。電路如圖1所示。

AD7892SQ是美國AD公司生產的LC2MOS型單電源12位A/D轉換器，可并行或串行輸出。

AD7892SQ A/D轉換器具有如下特點：單電源工作（+5 V或+10 V）；內部含有采樣保持放大器；具有高速的串行和并行接口。

AD7892SQ控制字的功能如下：

a）MODE：輸入控制字，低電平時為串行輸出，高電平時為并行輸出，本系統為并行輸出；

b）STANDBY：輸入控制字，低電平時為睡眠狀態（功耗5 mW），高電平時正常工作，一般應用時接高電平；

c）CONVST：啟動轉換輸入端，當此腳由低變高時，使采樣保持器保持開始轉換，應加一個大于25 ns的負脈沖來啟動轉換；

d）EOC：轉換結束信號，轉換結束時，此腳輸出100 ns的低電平脈沖；

e）CS：片選，低電平有效；

f）RD：低電平有效，與CS配合讀，使數據輸出。

MODE腳接高電平時，AD7892SQ為并行輸出，時序如圖2所示。

在EOC下降沿時間內開始采樣，就是轉換一結束就開始下次采樣，采樣時間fACQ應大于等于200 ns或400 ns，轉換結束后（即E0C的下降沿），當CS和RD有效時，經過t6=40 ns的時間，就可以在DB0-DB11上獲得轉換之后的12位數據，CS和一般的片選信號相同，可以一直有效，外加RD的時間T5也應大于35 ns。CONVST信號t1應大于35 ns，在上升沿時采樣保持器處于保持狀態，開始A/D轉換，轉換所需的時間tCONV為1.47μs或1.6μs，轉換結束后，EOC腳輸出的t2為大于等于60 ns的負脈沖用來進行中斷或數據鎖存。由此得出下次采樣和本次的輸出可以同時進行，因此最小的一次采樣轉換輸出的時間為1.47+0.2=1.67μs（600 kSPS（千次采樣每秒）），最大1.6+0.4=2 μs（即5 00 kSPS），圖2中的t9大于等于200 ns，t7近似為5 ns，t3、t4、t8可為0，（此時t9=tACQ）。

2、 程序設計

2.1 系統介紹

系統中的CPLD是結構比較復雜的可編程邏輯器件，硬件描述語言設計的控制程序寫入CPLD內即可實現其功能。系統采集的數據常常放在數據緩存器中，數據緩存區要求既要有與A/D轉換芯片的接口，又要有與系統DSP的接口，以提高數據。

2.2 系統的軟件描述

本系統采用Verilog HDL語言進行描述。VerilogHDL被近90％的半導體公司使用，成為一種強大的設計工具。其優點是［2］：

a）Verilog HDL是一種通用的硬件描述語言，易學易用；

b）Verilog HDL允許在同一個電路模型內進行不同抽象層次的描述，設計者可以從開關、門、RTL或者行為等各個層次對電路模型進行定義；

c）絕大多數流行的綜合工具都支持VerilogHDL，這是Verilog HDL成為設計者的首選語言的重要原因之一；

d）所有的制造廠商都提供用于Verilog HDL綜合之后的邏輯仿真的元件庫，因此使用Verilog HDL進行設計，即可在更廣泛的范圍內選擇委托制造的廠商；

e）PLI（編程語言接口）是Verilog HDL語言最重要的特性之一，它使得設計者可以通過自己編寫C代碼來訪問Verilog HDL內部的數據結構。

2.3 AD7892SQ描述

描述AD7892SQ模塊，可以把模塊用于采集系統的仿真，以驗證FSM（有限狀態機）設計的正確性。該模塊主要有4個輸入信號和1個輸出信號，與芯片的控制信號一致。程序如下：

AD7892SQ仿真波形見圖3。

2.4 FSM描述

FSM為異步工作。當convst有效時停留在convst_ad狀態，且rd和cs都為1，convst為0且處于clock的上升沿時FSM會處于4個狀態中的一個狀態。圖4為FSM仿真波形。

2.5 FIFO描述

FIFO為同步工作。當reset有效且處于clock的上升沿時，dout為O；reset為1且處于clock上升沿時，read和write組合的4種情況分別對應各自的工作狀態。圖5為FIFO仿真波形。

3、 結束語

Verilog HDL硬件描述語言已越來越廣泛地應用于EDA（電子設計自動化）領域，多數EDA設計工程師都用它進行ASIC（專用集成電路）設計和CPLD/FPCA開發。用高級語言進行電路設計，能夠靈活地修改參數，而且極大地提高了電路設計的通用性和可移植性。最后需要指出的是，采用IP核的方法設計電路，不但可以單獨使用，而且可以嵌入到ASIC或CPLD/FPGA的電路設計中，同時縮短了產品的開發周期，應大力推廣。責任編輯：gt