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ADS7844在低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要：詳細介紹了１２位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ＡＤＳ７８４４的結(jié)構(gòu)及工作原理，給出了一個實用的低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方案，同時給出了相關(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，完全可以適應(yīng)電池供電系統(tǒng)的要求。
�。保粒模樱罚福矗吹慕Y(jié)構(gòu)及工作原理
ＡＤＳ７８４４是Ｂｕｒｒ－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進行通信，而且接口簡單方便。
�。保保粒模樱罚福矗吹囊_功能
�。粒模樱罚福矗吹囊_排列如圖１所示。它有２０個引腳，各引腳的功能如下：
�。茫龋啊茫龋罚耗M輸入端，當器件被設(shè)置為單端輸入時，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；當器件被設(shè)置為差分輸入時，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�?
�。郑遥牛疲簠⒖茧妷狠斎攵耍畲笾禐殡娫措妷�?
�。茫樱浩x端，低電平有效，該腳為高電平時，其它數(shù)字接口線呈三態(tài)?
�。模茫蹋耍和獠繒r鐘輸入端，在時鐘作用下，ＣＰＵ將控制字寫入ＡＤＳ７８４４，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果從中讀出?
�。模桑危捍袛�(shù)據(jù)輸入端，在片選有效時，控制字在ＤＣＬＫ上升沿被逐位鎖入ＡＤＳ７８４４?
�。模希眨裕捍袛�(shù)據(jù)輸出端，在片選有效時，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毙盘栞敵龆耍诮邮盏娇刂谱值牡谝晃粩�(shù)據(jù)后變低，只有在轉(zhuǎn)換結(jié)束且片選有效時，該腳才輸出一個高脈沖?
�。樱龋模危弘娫搓P(guān)閉端，低電平有效。當ＳＨＤＮ為低電平時，ＡＤＳ７８４４進入低功耗狀態(tài)?
�。郑茫茫牵危模悍謩e為電源端和數(shù)字地。
�。保玻粒模樱罚福矗吹目刂谱旨稗D(zhuǎn)換時序
�。粒模樱罚福矗吹目刂谱秩绫恚彼小�
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，在單端輸入時分別對應(yīng)８個通道，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”時是單端輸入模式，為“０”時是差分輸入模式。ＰＤ１和ＰＤ０是電源關(guān)閉模式控制位，若為“００”，則表示ＡＤＳ７８４４在不進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時自動進入電源關(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)換時序，其基本轉(zhuǎn)換時序如圖２所示。從圖中可見，一個轉(zhuǎn)換周期需要２４個時鐘周期，其中８個用于輸入控制字，１６個用于讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。控制字的所有位在時鐘上升沿被鎖入芯片，轉(zhuǎn)換結(jié)果在時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個時鐘來完成整個轉(zhuǎn)換過程，這４個多余的時鐘移出的數(shù)據(jù)為“０”，使用時不應(yīng)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果處理。
�。驳凸臄�(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路
要設(shè)計一個低功耗數(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，它有許多優(yōu)點：寬電壓?２．７Ｖ～５Ｖ?，其工作電流只有１ｍＡ?３．３Ｖ＠３２ｋＨｚ時?，進入休眠狀態(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)換時稍加延時等待即可�？刂疲粒模罚福矗催M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)部定時中斷。
�。耻浖绦�
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)計假設(shè)用外部中斷ＩＮＴ０喚醒ＣＰＵ來進行數(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�
ＧＯＴＯＩＮＴＰＲＯ
�。希遥牵埃保埃�
�。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�
ＢＳＦＳＴＡＴＵＳ?ＲＰ０?初始化Ａ口
�。停希郑蹋祝埃疲福�
ＭＯＶＷＦＴＲＩＳＡ?Ａ口Ｄ０－Ｄ２為輸
出，Ｄ３為輸入
ＢＣＦＳＴＡＴＵＳ，ＲＰ０
ＢＳＦＰＯＲＴＡ，１?使片選無效
�。�
�。拢樱疲桑危裕茫希危牵桑�?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)采集完成后進行其他處理
ＧＯＴＯＬＯＯＰ
�。桑危裕撸校遥希拢茫疲校希遥裕粒�?時鐘置低電平
�。拢茫疲校希遥裕�，２?數(shù)據(jù)輸入置低
�。停希郑蹋祝埃福�?置送控制字所需時鐘數(shù)
ＭＯＶＷＦＮＵＭ
�。停希郑蹋祝福茫�?控制字，假設(shè)轉(zhuǎn)換ＣＨ０，
單端輸入，?自動進入低功耗狀態(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)用延時子程序
�。停希郑蹋祝保埃�?置讀轉(zhuǎn)換結(jié)果所需
時鐘數(shù)
�。停希郑祝疲危眨�
．．．?讀轉(zhuǎn)換結(jié)果
�。拢樱疲校希遥裕�，１?結(jié)束轉(zhuǎn)換并返回
�。遥牛裕疲桑�
�。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)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功耗是很低的。經(jīng)實測，當電源電壓為３．３Ｖ、時鐘為３２．７６ｋＨｚ時，該電路的正常工作電流為２ｍＡ，而進入低功耗狀態(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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