【干货】米尔T153开发板AD7616高速ADC采集系统详解

1.项目概述

1.1 技术背景

米尔MYD-YT153开发板搭载全志T153处理器,提供LocalBusLBC)并行总线接口,适合连接高速外设。AD7616ADI公司推出的16位高精度并行ADC,具有16通道差分输入,广泛应用于工业数据采集、仪器仪表等领域。

1.2 项目目标

·验证米尔MYD-YT153 LocalBusAD7616的硬件兼容性

·提供完整的软件驱动实现方案

·评估系统在实际应用中的性能表现

1 (1).png

图:米尔基于全志T153核心板及开发板

2. 硬件平台架构

2.1 核心硬件组件

组件

规格

备注

主控板

MYD-YT153MX-512N512D

T153处理器,512MB   RAM

ADC模块

AD7616 16位并行ADC

16通道差分输入

接口

J23 LocalBus接口

11连接

调试接口

Type-CUSB

串口调试

网络接口

RJ45

可选,与LBC冲突

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图:MYD-YT153开发板和localbus接口

2.2 硬件连接要点

·引脚一一对应AD7616模块通过J23接口直连开发板

·电源连接:需外接5V电源至模块供电引脚

·信号完整性:并行总线长度应尽量短,避免信号衰减

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图:J23 localbus接口定义

4.jpg

图:MYD-YT153接入AD7616模块

2.3 引脚冲突注意

T153处理器的LocalBusRGMII2网络接口存在引脚复用冲突:

·必须选择编译支持LocalBus的镜像LVDSDSI显示配置)

·同一时间只能使用一种功能

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图:LocalbusRGMII2冲突

3. 软件环境配置

3.1 镜像选择

根据存储介质选择相应镜像:

存储介质

显示接口

镜像文件

EMMC

MIPI-DSI

myd_yt153_emmc_dsi.img

EMMC

LVDS

myd_yt153_emmc_lvds.img

NAND

MIPI-DSI

myd_yt153_nand_dsi.img

NAND

LVDS

myd_yt153_nand_lvds.img

SD卡

MIPI-DSI

myd_yt153_sdcard_dsi.img

SD卡

LVDS

myd_yt153_sdcard_lvds.img

:所有镜像均支持LocalBus功能。

3.2 驱动架构

// 驱动层次
应用层:platform\allwinner\industry\localbus\lbc_ad7616_test\lbc_ad7616_test.c (用户空间测试程序)
驱动层:bsp/drivers/lbc/sunxi_lbc_v2_drv.c(内核驱动)
硬件层:LocalBus控制器(T153内置)

4. AD7616工作模式解析

4.1测试代码是否能正常工作

直接运行代码,看下是什么现象

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图:Lbc_ad7616_test程序运行结果

可以看到一共分三部分

模式设置,设置了SEL[0-2]以及CS0片选,做了寄存器映射。

寄存器设置,针对0x02,0x04…0x27先写后度。

获取结果,读取每路通路结果,小数点后两位。

4.2AD7616模块分析

结合芯片手册《ad7616.pdf》和软件源码 lbc_ad7616_test.c

7.png

图:程序运行流程图

init_gpio 设置了GPIO_CH_SEL0 , GPIO_CH_SEL1,GPIO_CH_SEL2 都为0,结合手册可以看到这是通路选择管脚,当软件模式时需要设置为0x000。

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图:CHSEL寄存器

AD7616_Set_Range(Range_0_V) 里面设置RANGE_SEL0 RANGE_SEL1 0,结合手册,发现时设置的软件模式.

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图:RNGSEL模式寄存器

map_shared_reg_region 和 map_chip_region 都是为了读写寄存器做内存映射。

run_ad7616_test 测试代码关键,它一共分两部分,初始化寄存器和读数据。

10.png

图:adc写寄存器和获取结果流程

通过查询寄存器可以得到如下信息

adc_cmd_write_readback(ctx, i, 0x2, 0x60);

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同样方式,进行总结

写入寄存器值

设置值说明

含义说明

0x2, 0x60

bursten=1

seqen=1

使能Burst 模式

使能Sequencer 模式

0x4, 0xaa

[7:6]V3A=0x10
  [5:4]V2A=0x10[3:2]V1A=0x10
  [1:0]V0A=0x10

V3A~V0A电压范围设置成+-5V

0x5, 0xaa

[7:6]V7A=0x10
  [5:4]V6A=0x10[3:2]V5A=0x10
  [1:0]V4A=0x10

V7A~V4A电压范围设置成+-5V

0x6, 0xaa

[7:6]V3B=0x10
  [5:4]V2B=0x10[3:2]V1B=0x10
  [1:0]V0B=0x10

V3B~V0B电压范围设置成+-5V

0x7, 0xaa

[7:6]V7A=0x10
  [5:4]V6A=0x10[3:2]V5A=0x10
  [1:0]V4A=0x10

V7B~V4B电压范围设置成+-5V

0x20, 0x00

[8]SSREN=0
  [7:4]BSEL=0
  [3:0]VSEL=0

表示在完成V0A/V0B通道对的转换后,ADC 会继续前进到序列堆栈的下一层。
 
 

0x21, 0x11

N/A

0x22, 0x22

N/A

0x23, 0x33

N/A

0x24, 0x44

N/A

0x25, 0x55

N/A

0x26, 0x66

N/A

0x27, (0x77 | 1 << 8)

N/A

总结一下就是设置burst模式和启用Sequencer模式,±5V量程。

好了,接着看测试逻辑 发送一次 CMD_SET_CONVST_IO 后,开始读取每个通道的值

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这个逻辑就比较清晰了,16个通道轮询方式读取,然后判断最高位是否是1还是0做区别,最后做一个5V量程转换后输出小数点后2位。

结合上面寄存器分析,量程处理代码比较随意,应该要把2.5V,5V,10V 用宏控制,并和量产转换形成对于关系。

那么它的实际精度是多少,作为一个16bitADC,理论精度是−32768 ~ +32767

sample_range = 5±5V)时:

满量程:10 V

码值范围:65536 个码

1 LSB = 10V / 65536 ≈ 0.0001526 V

也就是:

≈ 152.6 µV / LSB

那释放一下它的精度,不在控制输出,把%6.2f改成%f即可。

printf("tsa: %p ch: %2d, data:0x%04x, voltage: %f\n", tsa, ch, data[ch], voltage_data);

接下来就涉及另一个问题,采样率到底是多少,其实就统计一下每秒这个读取测试次数就知晓

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最后统计出来每秒15帧,那肯定不是真实水平,清空所有打印再试试

14.png

此时可以看到每秒有接近9000次,由于每次采样通道16,9000x16 = 144,000 samples / second,相当于单通道 144kSPS水平。

5. 总结

通过本次测试,得出以下结论:

1.精度验证AD7616±5V量程下实际分辨率达到152.6 µV,满足16ADC标称性能。

2.速率验证:系统实际采样率达到144 kSPS(单通道等效),虽未达到理论极限250 kSPS,但已满足大多数应用需求。

3.优化效果:通过减少软件开销,性能提升显著,证明系统瓶颈主要在软件层面。

4.实用价值MYD-YT153 + AD7616组合为嵌入式高速数据采集提供了经济高效的解决方案,适合工业自动化、测试测量等应用。