MCP3912 ADC評估板：16位MCU的理想之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的評估板對于工程師來說至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下Microchip的MCP3912 ADC評估板，它為16位MCU提供了一個強大的評估和開發(fā)平臺。

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一、引言

Microchip的MCP3912 ADC評估板專為16位MCU設(shè)計，旨在幫助工程師評估MCP3912四通道模擬前端（AFE）的性能，并為基于16位微控制器的應(yīng)用提供開發(fā)平臺。它采用了Energy Management Utility軟件，通過USB連接到評估板，方便工程師進行評估和調(diào)試。

二、產(chǎn)品概述

2.1 整體功能

MCP3912 ADC評估板系統(tǒng)提供了評估MCP3912性能的機會，同時也為16位微控制器應(yīng)用提供了開發(fā)平臺。它與Explorer 16評估板和其他高引腳數(shù)PIC設(shè)備演示板兼容，配備了編程好的PIC24FJ256GA110 PIM模塊，可與Energy Management Utility軟件進行數(shù)據(jù)交換和ADC設(shè)置。

2.2 特性亮點

• 四通道ADC輸出顯示：通過串行通信將MCP3912的四通道ADC輸出顯示到PC軟件界面。
• 高性能表現(xiàn)：在OSR32地址循環(huán)ALL模式下，可實現(xiàn)同時57 ksps的采樣率；在OSR512模式下，SINAD可達(dá)95 dB。
• 系統(tǒng)和ADC性能分析：借助圖形化PC工具，可進行噪聲直方圖、頻域（FFT）、時域示波器繪圖和統(tǒng)計數(shù)值分析。
• 穩(wěn)健的硬件設(shè)計：采用模擬接地和模擬/數(shù)字分離設(shè)計，四層板上設(shè)有獨立的電源和電源平面，可實現(xiàn)低噪聲評估。
• 兼容性：具備PICtail? Plus連接器，與Explorer 16子板兼容。

2.3 套件內(nèi)容

該評估板套件包含MCP3912 ADC評估板（部件號ADM00499）、PIC24FJ256GA110 PIM、USB電纜和重要信息表。

三、硬件描述

3.1 PIM模塊與MCP3912連接及外設(shè)使用概述

評估板包含一個100引腳的PIM插座，兼容Microchip的PIM模塊，標(biāo)配PIC24FJ256GA110模塊。端口A、D和G用于連接按鈕、輸出LED、CS和(overline{CS})以及MCLR信號；Output Compare 1用于MCP3912的時鐘生成；通過MSSP模塊1實現(xiàn)串行通信。

MCP3912是一款具有四個ADC的模擬前端，采用二階調(diào)制器和三階sinc濾波器，以及用于更高過采樣率（OSR）值的一階sinc濾波器。其CLKIN引腳為過采樣時鐘（MCLK）輸入，評估板為MCP3912主時鐘（MCLK）提供了兩種選擇：使用晶體X1或由PIM模塊驅(qū)動時鐘。

3.2 模擬輸入結(jié)構(gòu)

評估板具有四個差分輸入路徑，可方便地將外部信號源連接到MCP3912輸入。螺絲端子連接器J1、J4、J7、J21、J23、J25、J27和J29可作為螺絲型和夾式柱形連接器使用。部分連接器可將差分通道配置為單端通道，同時在特定位置設(shè)置了用于電流互感器輸入的負(fù)載電阻連接器。

3.3 通用串行總線（USB）

評估板通過USB連接到PC，板上的MCP2200 USB轉(zhuǎn)UART轉(zhuǎn)換器可在PC上創(chuàng)建虛擬COMM端口。此外，評估板還配備了RS - 232連接器，通過3引腳跳線（J16）可選擇使用USB還是RS - 232進行串行通信。MCP2200由USB提供5V電源，通過Q1晶體管在板卡斷電時斷開與PC的連接，避免功耗。同時，使用U11進行信號電平轉(zhuǎn)換，以滿足MCP2200的要求。該設(shè)計采用7.3728 MHz的晶體，以實現(xiàn)921.6 kbaud的波特率。

四、固件說明

4.1 PIC24FJ256GA110固件描述

• MCU初始化：使用16位XLP、16 MIPS的PIC24FJ256GA110微控制器，采用7.3278 MHz晶體和內(nèi)部PLL將頻率提高四倍。可重映射引腳，使PIM與Explorer 16開發(fā)板兼容。MCP3912通過SPI1端口與MCU連接，ADC時鐘由OC1提供，MCP3912的DR引腳連接到外部中斷2。串行數(shù)據(jù)通過UART2模塊傳輸，OC2中斷用于發(fā)送數(shù)據(jù)，_U1RX中斷用于接收數(shù)據(jù)，UART通信速度為921.6 kbaud。
• 數(shù)據(jù)采集：外部中斷2用于檢測MCP3912的轉(zhuǎn)換結(jié)束，在INT2中斷中通過SPI讀取ADC數(shù)據(jù)。開始讀取新緩沖區(qū)時，啟動Timer 4（與Timer 5組成32位定時器），緩沖區(qū)滿時停止，用于測量采樣速度。MCU根據(jù)STATUSCOM寄存器中的地址循環(huán)設(shè)置調(diào)整讀取序列，采集的樣本存儲在MCU RAM中的四個長向量中，同時將Timer 4的值和ADC內(nèi)部寄存器的值存儲在“internal_registers[26]”向量中。
• UART通信協(xié)議：通過串行連接以921.6 kbaud的速度將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC，使用MCP2200進行UART到USB的轉(zhuǎn)換。通信采用握手方式，只有在收到PC的命令后，評估板才會發(fā)送數(shù)據(jù)。UART傳輸由輸出比較模塊OC2觸發(fā)，以短脈沖形式發(fā)送數(shù)據(jù)，避免MCP2200因數(shù)據(jù)處理不及時而丟失數(shù)據(jù)。一次完整傳輸后，啟用UART RX中斷，接收用戶在PC GUI中設(shè)置的內(nèi)部寄存器值。

五、附錄信息

5.1 原理圖和布局

附錄A包含了評估板的各種原理圖和布局圖，如電源原理圖、ADC原理圖、微控制器原理圖、PIM模塊原理圖等，為工程師提供了詳細(xì)的硬件設(shè)計信息。

5.2 物料清單（BOM）

附錄B列出了構(gòu)建評估板所需的所有部件，包括電容、電阻、連接器、IC等，并注明了制造商和部件號。同時，強調(diào)了制造中使用的所有部件均符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

六、總結(jié)

MCP3912 ADC評估板為16位MCU的開發(fā)和評估提供了全面的解決方案。其豐富的特性和良好的兼容性，使得工程師能夠方便地進行MCP3912的性能評估和基于16位微控制器的應(yīng)用開發(fā)。無論是硬件設(shè)計還是固件編程，該評估板都提供了詳細(xì)的文檔和資源，為電子工程師的工作帶來了極大的便利。你在使用類似評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。