模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS7844的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用分析

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?

1、 ADS7844的結(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(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%26;#177;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?

1.1 ADS7844的引腳功能

ADS7844的引腳排列如圖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

COM：信號地

VREF：參考電壓輸入端，最大值為電源電壓

CS：片選端，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)

DCLK：外部時(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

DIN：串行數(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

BUSY：“忙”信號輸出端，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

SHDN：電源關(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)

VCC，GND：分別為電源端和數(shù)字地?

1.2 ADS7844的控制字及轉(zhuǎn)換時(shí)序

ADS7844的控制字如表1所列?

表1 ADS7844的控制字含義

ADS7844的控制字共有8位，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?D1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?

ADS7844有多種轉(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?控制字的所有位在時(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?

2、低功耗數(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?IC16C64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?控制AD7844進(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?

3、軟件程序

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?

ORG 000H

GOTO MAIN

ORG 004H

GOTO INT PRO

ORG 010H

MAIN MOVLW 10H 關(guān)閉總中斷控制位，

但開放INT0

MOVWF INTCON

BSF STATUS RP0 初始化A口

MOVLW 0F8H

MOVWF TRISA A口D0-D2為輸

出，D3為輸入

BCF STATUS，RP0

BSF PORTA，1 使片選無效

。..

BSF INTCON，GIE 開放總中斷控制位

LOOP SLEEP 等待中斷

NOP

。.. 數(shù)據(jù)采集完成后進(jìn)行其他處理

GOTO LOOP

INT_PRO BCF PORTA，0 時(shí)鐘置低電平

BCF PORTA，2 數(shù)據(jù)輸入置低

MOVLW 08H 置送控制字所需時(shí)鐘數(shù)

MOVWF NUM

MOVLW 8CH 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)

BCF PORTA，1 片選有效

。.. 送控制字

LCALL DELAY 調(diào)用延時(shí)子程序

MOVLW 10H 置讀轉(zhuǎn)換結(jié)果所需

時(shí)鐘數(shù)

MOVWF NUM

。.. 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果

BSF PORTA，1 結(jié)束轉(zhuǎn)換并返回

RETFIE

4、結(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?

責(zé)任編輯：gt