ADS7844在低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：詳細(xì)介紹了１２位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ＡＤＳ７８４４的結(jié)構(gòu)及工作原理，給出了一個(gè)實(shí)用的低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)給出了相關(guān)的硬件電路和軟件程序。
　　關(guān)鍵詞：串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；低功耗；ＡＤＳ７８４４
　　
　　在野外以及一些沒有市電或者不適宜使用市電的應(yīng)用場合，自動(dòng)化儀表通常要采用電池供電，這就要求儀表中的電子元器件的功耗要低，Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器作為自動(dòng)化儀表的重要組成部份更不例外。筆者采用ＡＤＳ７８４４和ＰＩＣ１６Ｃ６４構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)便具有功耗極低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，完全可以適應(yīng)電池供電系統(tǒng)的要求。
　　
　　１ＡＤＳ７８４４的結(jié)構(gòu)及工作原理
　　
　�。粒模樱罚福矗词牵拢酰颍颍�Ｂｒｏｗｎ公司推出的一種高性能、寬電壓、低功耗的１２－ｂｉｔ串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它有８個(gè)模擬輸入端，可用軟件編程為８通道單端輸入Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器或４通道差分輸入Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換率高達(dá)２００ｋＨｚ，而線性誤差和差分誤差最大僅為±１ＬＳＢ。ＡＤＳ７８４４在電源電壓為２．７Ｖ～５Ｖ之間均能正常工作，最大工作電流為１ｍＡ，進(jìn)入低功耗狀態(tài)后的耗電僅３μＡ。ＡＤＳ７８４４通過６線串行接口與ＣＰＵ進(jìn)行通信，而且接口簡單方便。
　　
　�。保�１ＡＤＳ７８４４的引腳功能
　　
　�。粒模樱罚福矗吹囊�腳排列如圖１所示。它有２０個(gè)引腳，各引腳的功能如下：
　　
　　ＣＨ０～ＣＨ７：模擬輸入端，當(dāng)器件被設(shè)置為單端輸入時(shí)，這些引腳可分別與信號地ＣＯＭ構(gòu)成８通道單端輸入Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器；當(dāng)器件被設(shè)置為差分輸入時(shí)，利用ＣＨ０～ＣＨ１、ＣＨ２～ＣＨ３、ＣＨ４～ＣＨ５和ＣＨ６～ＣＨ７可構(gòu)成４通道差分輸入Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器?
　　
　�。茫希停盒盘柕�?
　　
　　ＶＲＥＦ：參考電壓輸入端，最大值為電源電壓?
　　
　�。茫樱浩�選端，低電平有效，該腳為高電平時(shí)，其它數(shù)字接口線呈三態(tài)?
　　
　�。模茫蹋耍和獠繒r(shí)鐘輸入端，在時(shí)鐘作用下，ＣＰＵ將控制字寫入ＡＤＳ７８４４，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果從中讀出?
　　
　�。模桑危捍�行數(shù)據(jù)輸入端，在片選有效時(shí)，控制字在ＤＣＬＫ上升沿被逐位鎖入ＡＤＳ７８４４?
　　
　　ＤＯＵＴ：串行數(shù)據(jù)輸出端，在片選有效時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果在ＤＣＬＫ的下降沿開始被逐位從ＡＤＳ７８４４移出?
　　
　�。拢眨樱伲骸懊Α毙盘栞敵龆�，在接收到控制字的第一位數(shù)據(jù)后變低，只有在轉(zhuǎn)換結(jié)束且片選有效時(shí)，該腳才輸出一個(gè)高脈沖?
　　
　�。樱龋模危弘娫搓P(guān)閉端，低電平有效。當(dāng)ＳＨＤＮ為低電平時(shí)，ＡＤＳ７８４４進(jìn)入低功耗狀態(tài)?
　　
　�。郑茫茫�ＧＮＤ：分別為電源端和數(shù)字地。
　　
　�。保�２ＡＤＳ７８４４的控制字及轉(zhuǎn)換時(shí)序
　　
　　ＡＤＳ７８４４的控制字如表１所列。
　　
　　表1ADS7844的控制字含義
　　
　　Bit7(MSB)Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0(LSB)SA2A1A0-SGL/DIFPD1PD0
　�。粒模樱罚福矗吹目刂谱止灿校肝�，其中Ｓ是起始位?控制字的起始位總為“１”。Ａ２～Ａ０是通道選擇位，在單端輸入時(shí)分別對應(yīng)８個(gè)通道，而對于差分輸入，０００～０１１分別對應(yīng)ＣＨ０～ＣＨ１、ＣＨ２～ＣＨ３、ＣＨ４～ＣＨ５、ＣＨ６～ＣＨ７，而１００～１１１則分別對應(yīng)ＣＨ０～ＣＨ１、ＣＨ１～ＣＨ０、ＣＨ３～ＣＨ２、ＣＨ５～ＣＨ４、ＣＨ７～ＣＨ６。Ｂｉｔ３沒有定義。ＳＧＬ／ＤＩＦ是模式控制位，該位為“１”時(shí)是單端輸入模式，為“０”時(shí)是差分輸入模式。ＰＤ１和ＰＤ０是電源關(guān)閉模式控制位，若為“００”，則表示ＡＤＳ７８４４在不進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)自動(dòng)進(jìn)入電源關(guān)閉模式，若為“１１”，芯片則始終處于電源開啟模式。
　　
　�。粒模樱罚福矗从卸喾N轉(zhuǎn)換時(shí)序，其基本轉(zhuǎn)換時(shí)序如圖２所示。從圖中可見，一個(gè)轉(zhuǎn)換周期需要２４個(gè)時(shí)鐘周期，其中８個(gè)用于輸入控制字，１６個(gè)用于讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果�？刂谱值乃�有位在時(shí)鐘上升沿被鎖入芯片，轉(zhuǎn)換結(jié)果在時(shí)鐘的下降沿被逐位移出。所有移入和移出的數(shù)據(jù)都是高位在前、低位在后。需要說明的是，ＡＤＳ７８４４是１２位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換結(jié)果只有１２位，故在移出１２位結(jié)果后，還需送入４個(gè)時(shí)鐘來完成整個(gè)轉(zhuǎn)換過程，這４個(gè)多余的時(shí)鐘移出的數(shù)據(jù)為“０”，使用時(shí)不應(yīng)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果處理。
　　
　�。驳凸�耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路
　　
　　要設(shè)計(jì)一個(gè)低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，只有Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器是低功耗器件還不夠。ＰＩＣ１６Ｃ６４是美國ＭＩ-ＣＲＯＣＨＩＰ公司生產(chǎn)的高性能單片機(jī)，它有許多優(yōu)點(diǎn)：寬電壓?２．７Ｖ～５Ｖ?，其工作電流只有１ｍＡ?３．３Ｖ＠３２ｋＨｚ時(shí)?，進(jìn)入休眠狀態(tài)后只有幾微安且可以用中斷將其從休眠狀態(tài)喚醒等。低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路如圖３所示，其中ＣＳ、ＤＣＬＫ、ＤＩＮ和ＤＯＵＴ必須與ＣＰＵ連接，而ＢＵＳＹ則可以不用，在轉(zhuǎn)換時(shí)稍加延時(shí)等待即可�？刂疲粒模罚福矗催M(jìn)入低功耗狀態(tài)有兩種方式：一是直接控制ＳＨＤＮ端；二是將ＳＨＤＮ接在電源上，它們均可在控制字中設(shè)置。為了節(jié)省口線，可采用第二種方式。采樣控制可以使用外部中斷，如外部中斷ＩＮＴ０、串行口中斷和ＰＢ口電平變化引起的中斷等，也可以使用內(nèi)部定時(shí)中斷。
　　
　�。耻浖�程序
　　
　　下面給出該系統(tǒng)的主程序部分流程圖和匯編程序。該設(shè)計(jì)假設(shè)用外部中斷ＩＮＴ０喚醒ＣＰＵ來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，且Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換程序就是中斷服務(wù)子程序。
　　
　�。希遥牵埃埃埃�
　　
　　ＧＯＴＯＭＡＩＮ
　　
　�。希遥牵埃埃矗�
　　
　�。牵希裕希桑危裕校遥�
　　
　　ＯＲＧ０１０Ｈ
　　
　�。停粒桑危停希郑蹋祝保埃�?關(guān)閉總中斷控制位，
　　
　　但開放ＩＮＴ０
　　
　�。停希郑祝疲桑危裕茫希�
　　
　�。拢樱疲樱裕粒裕眨�?ＲＰ０?初始化Ａ口
　　
　�。停希郑蹋祝埃疲福�
　　
　�。停希郑祝疲裕遥桑樱�?Ａ口Ｄ０－Ｄ２為輸
　　
　　出，Ｄ３為輸入
　　
　�。拢茫疲樱裕粒裕眨�，ＲＰ０
　　
　�。拢樱疲校希遥裕�，１?使片選無效
　　
　�。�．．
　　
　�。拢樱疲桑危裕茫希�，ＧＩＥ?開放總中斷控制位
　　
　�。蹋希希校樱蹋牛牛�?等待中斷
　　
　　ＮＯＰ
　　
　�。�．．?數(shù)據(jù)采集完成后進(jìn)行其他處理
　　
　�。牵希裕希蹋希希�
　　
　�。桑危裕撸校遥希拢茫疲校希遥裕粒�０?時(shí)鐘置低電平
　　
　�。拢茫疲校希遥裕�，２?數(shù)據(jù)輸入置低
　　
　�。停希郑蹋祝埃福�?置送控制字所需時(shí)鐘數(shù)
　　
　　ＭＯＶＷＦＮＵＭ
　　
　　ＭＯＶＬＷ８ＣＨ?控制字，假設(shè)轉(zhuǎn)換ＣＨ０，
　　
　　單端輸入，?自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)
　　
　�。拢茫疲校希遥裕�，１?片選有效
　　
　�。�．．?送控制字
　　
　�。蹋茫粒蹋蹋模牛蹋粒�?調(diào)用延時(shí)子程序
　　
　　ＭＯＶＬＷ１０Ｈ?置讀轉(zhuǎn)換結(jié)果所需
　　
　　時(shí)鐘數(shù)
　　
　�。停希郑祝疲危眨�
　　
　�。�．．?讀轉(zhuǎn)換結(jié)果
　　
　　ＢＳＦＰＯＲＴＡ，１?結(jié)束轉(zhuǎn)換并返回
　　
　　ＲＥＴＦＩＥ
　　
　�。唇Y(jié)束語
　　
　　由于ＰＩＣ１６Ｃ６４和ＡＤＳ７８４４都是低功耗器件，且都有低功耗狀態(tài)，因而用其設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功耗是很低的。經(jīng)實(shí)測，當(dāng)電源電壓為３．３Ｖ、時(shí)鐘為３２．７６ｋＨｚ時(shí)，該電路的正常工作電流為２ｍＡ，而進(jìn)入低功耗狀態(tài)后的系統(tǒng)消耗電流最大為４μＡ，因而完全適合于電池供電。另外，ＰＩＣ１６Ｃ６４和ＡＤＳ７８４４都是寬電壓器件，并且ＰＩＣ１６Ｃ６４還有許多功能可以開發(fā)利用。如果在本系統(tǒng)基礎(chǔ)上做必要的功能擴(kuò)展，便可用于其它工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制等領(lǐng)域。
　　
　　
　　
　　

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