ADS8323与高速FIFO接口电路的CPLD实现

在当今的信息技术世界中，高速数据采集系统对于电子测量、通信、视频处理等应用至关重要。这类系统的性能不仅取决于模数转换芯片(ADC)的精度和速度，还取决于系统中各个组件之间如何高效地协同工作。特别是，微控制器(MCU)、模数转换器(如ADS8323)和高速FIFO存储器之间的接口电路设计至关重要。本文通过使用复杂可编程逻辑器件(CPLD)来解决这一接口电路设计的问题。 ADS8323是一款高速且高精度的模数转换器，它的优势在于16位转换精度以及最高500kSPS的采样率，足以满足大多数应用的需求。它具有并行接口，可以一次性输出全部16位数据，也可以分两次输出8位数据。ADS8323内部动作与外接时钟信号同步，这对于设计高速系统至关重要。时钟频率范围从25kHz到10MHz，对应不同的采样率，而其功耗在500kSPS采样率下仅为85mW，为设计节能型高速系统提供了可能。 与此同时，高速FIFO（CY7C4231）是设计数据缓冲器的理想选择。它具备先进先出的数据存取机制，拥有独立的输入输出口，确保数据以顺序方式存储和读取。FIFO的读写指针由内部逻辑自动管理，通过这些指针实现数据的存储和检索。由于MCU工作速度较慢且需处理多个任务，因此在MCU与AD芯片之间引入FIFO作为缓冲区是必要的。 CPLD在接口电路中的应用因其速度快、体积小、功耗低、编程灵活以及能够反复修改逻辑等特性，成为实现此类接口的理想选择。Altera公司的Quartus II设计软件用于设计和仿真电路，同时使用EPM7128系列CPLD芯片完成接口电路的实现。 接口电路的设计要求实现以下主要功能：它必须能够将ADS8323的AD转换结果存储到FIFO中，这包括控制AD芯片的转换过程和FIFO的写入过程。它需要提供MCU读取FIFO中数据的能力，这包括提供FIFO状态查询和中断请求，以及控制FIFO的读取过程。 具体来说，CPLD实现的接口电路包括几个核心模块。地址译码模块负责对MCU地址总线进行译码，产生地址选通信号；控制信号模块负责产生系统启动、复位等控制信号；FIFO状态查询模块向MCU提供FIFO当前状态，如半满、半空、全满、全空等；中断申请模块根据FIFO状态自动产生中断请求信号；AD转换控制与FIFO写控制模块负责在AD转换过程中控制将数据存入FIFO；FIFO读控制模块则在FIFO中数据积累到一定程度后，实现MCU从FIFO中读取数据。 在AD转换控制与FIFO写控制模块中，当系统启动信号有效时，将启动AD转换信号，随后将前一次转换结果存储于由CPLD内部实现的数据缓冲区。在转换过程中，先将低8位数据存储到FIFO，然后是高8位数据。转换完成后，将当前转换结果写入数据缓冲区。这个过程在系统启动信号有效时重复进行。 FIFO读控制模块中，本设计创新地使用了一个读地址作为OE信号，同时利用OE信号的延时产生RCLK信号。这样，只需一个读周期，就能完成一次读操作，从而提高了读取FIFO中数据的效率。 整体来看，CPLD在高速数据采集系统中，能够有效地完成MCU、AD芯片和高速FIFO存储器之间的高效协同工作。通过本文的介绍，我们了解到了如何使用CPLD来实现高速高精度数据采集系统的关键接口电路，从而为复杂系统的高速数据处理提供了可行的解决方案。