MCP3903 ADC評(píng)估板：16位MCU的理想之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款性能出色的評(píng)估板能為工程師們的開(kāi)發(fā)工作帶來(lái)極大便利。今天，我們就來(lái)深入了解一下Microchip的MCP3903 ADC評(píng)估板，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處。

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一、評(píng)估板概述

MCP3903 ADC評(píng)估板專(zhuān)為16位MCU設(shè)計(jì)，主要用于評(píng)估MCP3903六通道ADC的性能。它不僅能讓用戶(hù)直觀地了解ADC的各項(xiàng)性能指標(biāo)，還為基于16位PIC? MCU的應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該評(píng)估板采用了現(xiàn)有的100引腳PIM系統(tǒng)，與Explorer - 16和其他高引腳數(shù)PIC演示板兼容，并且配備了已編程的PIC24FJ128GA010 PIM模塊，可與LabView GUI進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和ADC設(shè)置。

二、硬件亮點(diǎn)

1. 強(qiáng)大的ADC性能

• 多通道輸出顯示：通過(guò)串行通信將六通道ADC MCP3903的輸出顯示在PC軟件界面和LCD上，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
• 高采樣率與低噪聲：能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)4 ksps的采樣率，且信號(hào) - 噪聲和失真比（SINAD）達(dá)到91 dB，ADC最高可運(yùn)行至64 ksps。同時(shí)，其穩(wěn)健的硬件設(shè)計(jì)采用了模擬接地和模擬/數(shù)字分離技術(shù)，配合獨(dú)立的電源和電源層（4層板），有效降低了噪聲，為MCP3903設(shè)備的低噪聲評(píng)估提供了保障。

  2. 靈活的時(shí)鐘選擇

  評(píng)估板為MCP3903的主時(shí)鐘（MCLK）提供了兩種選擇：

• 使用晶體X2：板上配備了3.58 MHz的晶體，通過(guò)在MCP3903數(shù)字I/O頭塊上設(shè)置跳線(xiàn)，可將其作為時(shí)鐘源。
• PIM模塊驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘：PIC? MCU可通過(guò)輸出比較模塊OC1為MCP3903生成CLKIN（MCLK）信號(hào)，用戶(hù)還能在PC軟件中通過(guò)更改“Sampling Speed Control”框中的值來(lái)改變OC1的信號(hào)頻率，進(jìn)而調(diào)整ADC的采樣率。

  3. 便捷的模擬輸入結(jié)構(gòu)

  評(píng)估板提供了兩條差分輸入路徑，方便外部信號(hào)源連接到MCP3903輸入。邊緣連接器JP1和JP2為3引腳連接器，既可以作為螺絲型連接器，也可以作為夾式柱形連接器使用。此外，通過(guò)這些連接器還能將差分通道配置為單端通道，R3、R4（CH0）和R1、R2（CH2）可作為電流互感器輸入的負(fù)載電阻連接點(diǎn)。

  4. 豐富的通信接口

• USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器：評(píng)估板配備了MCP2200 USB轉(zhuǎn)UART轉(zhuǎn)換器，可在PC上創(chuàng)建虛擬COM端口，方便與PC進(jìn)行通信。同時(shí)，還設(shè)有RS232連接器，用戶(hù)可通過(guò)3引腳跳線(xiàn)（J5）選擇使用USB還是RS232進(jìn)行串行通信。

三、代碼示例

1. dsPIC33示例

如果用戶(hù)需要在使用dsPIC33微控制器的系統(tǒng)中評(píng)估ADC，可在評(píng)估板上使用帶有dsPIC33FJ256GA710A的PIM連接器。通過(guò)PC軟件“MCP390x Data VIEW”，用戶(hù)可以修改MCP3903的所有內(nèi)部寄存器，UART通信速度為115.2 kbps。

• SPI通信：通過(guò)DMA1控制SPI通信，將數(shù)據(jù)從ADC傳輸?shù)組CU。DMA1通道設(shè)置為使用空數(shù)據(jù)寫(xiě)入來(lái)正確讀取MCP3903寄存器，每次讀取7字節(jié)，但第一個(gè)字節(jié)不使用。在新的DMA讀取之前，需在軟件中控制CS引腳，并等待外部中斷3指示新的采集。DMA1傳輸完成后，將DMA緩沖區(qū)內(nèi)容移動(dòng)到Vch0和Vch1緩沖區(qū)，直到緩沖區(qū)填滿(mǎn)。此外，Timer 8和Timer 9配置為32位定時(shí)器，用于評(píng)估ADC在PC界面上的采樣速度。在緩沖區(qū)填滿(mǎn)后，還會(huì)使用DMA1讀取MCP3903的內(nèi)部寄存器，并將其狀態(tài)存儲(chǔ)在MCU中，以便后續(xù)發(fā)送到PC GUI。
• UART通信：使用UART外設(shè)將采集到的樣本從MCU發(fā)送到PC。用戶(hù)可以選擇使用RS232 DB9連接器連接到PC的串口，也可以使用USB端口通過(guò)MCP2200 USB轉(zhuǎn)TTL轉(zhuǎn)換器在PC上創(chuàng)建虛擬串口。在固件中，MCU使用DMA2進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)RX中斷接收來(lái)自PC的數(shù)據(jù)。

  2. PC軟件

  PC軟件“MCP390x Data VIEW”用于接收和顯示數(shù)據(jù)，一次只能顯示和處理兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)。用戶(hù)可通過(guò)按下SW4（RD13）選擇所需通道。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前，需先從“設(shè)備管理器”中識(shí)別COM端口號(hào)，在“VISA資源名稱(chēng)”中選擇正確的COM端口號(hào)，然后按下“START”按鈕開(kāi)始數(shù)據(jù)采集。

• 寄存器和設(shè)置控制：用戶(hù)可從“Edit”菜單中打開(kāi)“Registers and Settings”窗口，控制MCP3903的內(nèi)部寄存器、ADC的采樣速度以及是否對(duì)采集的樣本進(jìn)行平均處理。
• 數(shù)據(jù)處理和顯示：用戶(hù)可以選擇處理的數(shù)據(jù)量（最大長(zhǎng)度為512），通過(guò)“Sampling Speed Control”更改ADC的采樣速度?！癆verages”控制可用于研究平均處理對(duì)性能指標(biāo)的影響，但處理緩沖區(qū)會(huì)按平均處理的值相應(yīng)減小?！癢rite Register”和“Read Register”選項(xiàng)卡用于設(shè)置和檢查MCP3903的內(nèi)部寄存器。
• 圖形顯示：“Waveform Graphs”顯示時(shí)域信號(hào)，“Signal Spectrum”顯示頻域信號(hào)，用戶(hù)可在“Graphs”菜單下的“Signal Spectrum”選項(xiàng)中更改Y軸刻度（線(xiàn)性或?qū)?shù)）。通過(guò)對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）可獲得頻譜信號(hào)信息，用戶(hù)還可在主窗口下部的“Window”控件中選擇窗口類(lèi)型?！癏istogram Graph”可用于研究代碼的分布情況，有助于檢查DC信號(hào)分布是否為高斯分布，用戶(hù)可在“Graphs”菜單下的“Histogram”選項(xiàng)中更改位數(shù)（默認(rèn)值為40）。
• 性能指標(biāo)顯示：軟件下部的指標(biāo)顯示ADC的其他性能參數(shù)，主要指標(biāo)為SINAD和有效位數(shù)（ENOB），ENOB值根據(jù)公式[ENOB=frac{SINAD - 1.76}{6.02}]計(jì)算得出。對(duì)于DC信號(hào)，顯示噪聲RMS信號(hào)（單位：μV）；對(duì)于AC信號(hào)，顯示信號(hào)的RMS值。

四、其他資料

文檔還提供了評(píng)估板的原理圖、布局圖和物料清單（BOM）。原理圖包括模擬、LCD和UART、USB和內(nèi)存、微控制器（MCU）、PIM模塊、電源等部分；布局圖展示了電路板的頂層和底層走線(xiàn)、絲印等信息；物料清單詳細(xì)列出了評(píng)估板上使用的各種元器件，包括電容、電阻、LED、連接器等，且制造中使用的BOM采用了符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的元器件。

五、總結(jié)

MCP3903 ADC評(píng)估板以其豐富的功能、靈活的配置和良好的性能，為電子工程師們?cè)?6位MCU開(kāi)發(fā)和ADC性能評(píng)估方面提供了有力支持。無(wú)論是從硬件設(shè)計(jì)還是代碼示例來(lái)看，都體現(xiàn)了Microchip在電子領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)水平。你在使用類(lèi)似評(píng)估板時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。