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基于ADS7870的多路数据采集系统串行接口设计

发布时间:2020-06-30 18:45:23 阅读: 来源:水泥罐除尘器厂家

摘要:用分立元件实现多路数据采集有很多缺点,针对这一问题,提出一种采用德州仪器公司推出的ADS7870型低功耗数据采集器件组成的多路数据采集系统。介绍该器件的工作原理及应用,给出了ADS7870与微处理器MC68HCll的接口及部分软件程序。该系统可以显著提高多路数据采集的速度和数据转换精度,降低系统功耗。关键词:多路数据采集;ADS7870;串行接口;设计 1 引言 1个完整的数据采集器件可包含多路模拟开关、可编程增益放大器、A/D转换器和1个或多个数字I/0通道。所有这些功能都是通过1个串行数据口进行控制的。德州仪器公司的ADS7870就是这样的器件。这款低成本的ADS7870集成了12位、48 kS/s(SAR)的逐次逼近型模/数转换器、4通道差分/8通道单端的多路复用器(multiplexer(MUX))、可编程增益放大器(PGA)、高精度参考电源、内部参考缓冲放大器、片上时钟发生器和用于控制及数据传输的串行接口,为数据采集系统提供了良好的数据转换与处理能力。

本文引用地址: ADS7870的结构及特点 ADS7870是一个基于SAR的12位精度的数据采集系统,即DAS。与其他同类产品相比,基于SAR架构能以更低的功耗、简单的多通道扫描及内建的采样保持提供极低的延时,从而提供了高精度、通用的单片DAS。如图1所示是其内部结构组成原理图。表l为ADS7870的引脚及功能定义。 ADS7870中的PCA可提供高输入阻抗、卓越的增益精度、良好的共模抑制及极低的噪声。对于普通信号而言,在信号源与ADC输入之间不需要外部放大或阻抗缓冲。PGA的失调电压可自动归零,可提供卓越的长期直流稳定性。增益为l、2、4、5、8、10、16及20 V/V的增益可使125 mV的低信号产生数字输出满量程。正常工作时功耗为8.5 mW,待机模式下的功耗仅为5 mW。 ADS7870有1个内置参考源,用于对温度的初始精度与稳定性进行微调。漂移一般为10-5/℃。内部参考缓冲放大器可用于内部或外部参考。

3 数据采集系统的工作原理3.1 ADS7870的模/数转换器 ADS7870集成了12位的逐次逼近(SAR)型模/数转换器,其输出为二进制补码形式,并且可以通过串行接口来读取(最高有效位或最低有效位先行均可),在输入多路复用器配置为差分输入时,模/数转换函数为:

在输入多路复用器配置为单端输入时,模/数转换函数为

模/数转换周期为48个DCLK(分频时钟),其中,PGA的工作周期为36个DCLK,完成包括输入信号获取、PGA自动归零、电平位移及输入信号放大等过程。SAR占用剩余的12个DCLK。 有4种方法可以启动一个模/数转换周期:发送1个直接模式命令;对寄存器4(增益/多路复用寄存器)进行写操作,置CNV位为l;对寄存器5(数字I/O状态寄存器)进行写操作,置CNV位为l;指定CONVERT引脚为逻辑高电平――在CCLK的第二个有效沿开始一个新的模/数转换周期。3.2 ADS7870的串行工作模式 图2所示是ADS7870的串行工作模式接口电路。ADS7870的串行工作模式有两种:直接模式和寄存器模式,这两种模式由指令字节的D7位来区别。ADS7870串行接口的工作基于指令字节,该指令字节的后面跟随由它本身决定的动作。这个8位指令字节由时钟输入DIN端输入,二种类型的指令字节可以写入ADS7870,由指令字节的D7位决定,这二个指令字节代表了两种工作模式:直接模式(D7=1)和寄存器模式(D7=0)。

直接模式是通过对ADS7870写入1个单独的8位指令字节(D7=1)来启动一次模数转换。写入的直接模式命令可以设置多路复用器的配置、选择PGA的增益并启动一次转换周期。直接模式的指令结构见表2,D7=l表示直接模式;D6-D4用于控制PGA的增益;D3-DO用于输入通道选择。图3示出直接模式下启动一次转换操作的时序图。

寄存器模式(指令字节的D7=0)是对ADS7870的一个寄存器发出读或写的操作指令,该指令含有对下一个读写操作的寄存器的地址,确定串行通信是以8位还是16位的字长形式进行,并决定下一个操作是从这个被寻址的寄存器读出还是写入。寄存器模式的指令结构为D7=0表示寄存器模式;D6(R/W)决定是读出还是写入,为l表示读,为0表示写;D5(16/8)决定字长,为l表示16位,为0表示8位;D4-DO表示要进行读或写操作的寄存器的地址。

4 数据采集系统的串行接口4.1 ADS7870串行接口的硬件连接 ADS7870可以通过数字串行接口与微处理机及其他外部电路进行通信,ADS7870与MC68HCll型微处理器的接口原理如图4所示。ADS7870的串行接口主要有4个引脚:SCLK为串行位时钟,DIN为串行位数据输入,DOUT为串行位数据输出,CS为串行位片选信号。

4.2 ADS7870的串行软接口 图5所示是ADS7870输入通道数据处理程序框图,ADS7870与MC68HCll的串行软接口部分程序如下:

(1)ADS7870的接口初始化程序INIt_ADS PSHX PSHA

5 结束语 本文介绍了ADS7870型低功耗数据采集器件的特点及工作原理,讨论了由ADS7870与MC68HCll型嵌入式系统器件组成的多路数据采集系统串行接口的设计。ADS7870提供了完整的信号处理与转换的设计方法,是低功耗控制系统、智能传感器应用及通用仪表等领域的理想选择。

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