串行A/D轉換器LTC1286的性能特點及應用方案

基于串行A/D轉換器LTC1286的模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有較好的靈活性和實用性，可實現(xiàn)對電壓、電流、溫度、壓力、濕度等多種電量與非電量的采集與處理。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)廣泛應用于測量儀器儀表及工業(yè)控制設備等測控裝置與測控系統(tǒng)中，其核心器件是A/D轉換器。

基于LTC1286的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過選用不同的傳感器件和信號調理電路，可實現(xiàn)對電壓、電流、溫度、壓力、濕度等多種信息的采集與處理。該系統(tǒng)具有誤差小、精度高、電路構成簡單、通用性強的特點。

LTC1286的特性、引腳功能及時序

● 主要特點

LTC1286是低功耗、中速、12位逐次比較型串行輸出通用A/D轉換器，它采用5～9V單電源供電，其主要特性包括：具有12位分辨率；最大非線性誤差為±3/4LSB；轉換時間為60μs；雙極性或單極性模擬輸入；12位三態(tài)串行輸出。

● 引腳排列及功能

LTC1286的引腳排列如圖1所示。

圖1：LTC1286的引腳排列及功能

各引出腳功能如下。

腳1為基準電壓輸入端；腳2為正極性模擬信號輸入端；腳3為負極性模擬信號輸入端；腳4為公共端；腳5為片選端，CS由高電平跳變到低電平將復位內部計數(shù)器，并控制和使能DATA OUT端和CLOCK端，CS由低電平跳變到高電平將在一個設置時間內禁止CLOCK；腳6為A/D轉換結果三態(tài)輸出端（數(shù)字信號輸出端），在CS為高電平時，該腳處于高阻狀態(tài)，當CS為低電平時，該腳由前一次轉換結果的MSB值置成相應的邏輯電平；腳7為時鐘信號輸入端；腳8為電源正極性端。

● 接口時序

LTC1286的接口時序如圖2所示。由時序圖可知，LTC1286每次轉換和傳送數(shù)據(jù)使用15個時鐘周期，在每次傳送周期之間插入CS的時序，從CS信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，轉換和傳送過程開始，到CS為高電平時，轉換和傳送周期結束，CLOCK被禁止，DATA OUT變?yōu)楦咦钁B(tài)。

圖2：LTC1286時序圖

系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)采用LTC1286作為A/D轉換器件，采用PC機作為處理機對采集的數(shù)據(jù)進行處理，并把處理結果輸出到屏幕進行實時顯示，或作為記錄保存到硬盤中。系統(tǒng)硬件電路如圖3所示：

圖3：系統(tǒng)硬件電路

● 電源與基準電壓源

系統(tǒng)電源取自PC機串行接口的TXD腳，經(jīng)D7、C4、78L05、C1、C2處理向電路提供+5V平滑穩(wěn)定的直流電壓。

D3、C3、R3構成LTC1286外部基準電壓源，D3選用REF25Z作為2.5V基準電壓輸出。

● 信號輸入電路

系統(tǒng)輸入端分壓電阻R1和R2構成模擬信號輸入電路，輸入信號電壓變化范圍為0～+5V，R1和R2的取值須考慮LTC1286的輸入特性及外接傳感器或調理電路的輸出特性，其取值范圍為33～100kΩ，且R1=R2。二極管D1和D2構成輸入端雙向限幅電路。

● LTC1286與PC的接口電路

LTC1286與PC采用四線制通信方式，如圖3所示。PCRS-232口的電平為12V，為了解決與LTC1286的直接連接問題，在LTC1286的數(shù)字信號輸入/輸出端加了三只4.7V穩(wěn)壓管D4、D5、D6和兩只限流電阻R4、R5。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集與控制由PC編程完成。數(shù)據(jù)的采集與更新通過LTC1286第5腳的控制信號CS實現(xiàn)。在CS信號低電平期間，LTC1286完成數(shù)據(jù)的更新采集，同時把前一次采集的數(shù)據(jù)通過6腳（DATA OUT）串行移出，在CS信號高電平期間，時鐘信號CLOCK被禁止，輸出端為高阻態(tài)。

● 接口程序設計

系統(tǒng)軟件主要包括初始化模塊、A/D轉換控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、屏幕輸出顯示模塊和磁盤文件輸出模塊。限于篇幅，這里只給出對應于PC串行口COM1（3F8h）的接口程序。

10 REM --- 12BTIS ---

20 KEY OFF:CLS

30 B=&H3F8:REM COM1：

40 N=12:REM 12BITS

50 OUT B+4，1

60 FOR T=0 TO 100 NEXT T

70 OUT B+3，64

80 FOR T=0 TO 500 ： NEXT T

90 OUT B+4，0:D=0:REM ACQUISITION

100 OUT B+4，2:OUT B+4，0

102 OUT B+4，2:OUT B+4，0

103 OUT B+4，2:OUT B+4，0

110 FOR F=0 TO N-1

120 OUT B+4，2

130 E=INP（B+6） AND 16

140 OUT B+4，0

150 IF E=16 THEN D=D+2^（N-1-F）

160 NEXT F

170 D=5*D/（2^N-1）

180 OUT B+4，1

190 RETURN

選用不同的傳感器件和信號調理電路，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實現(xiàn)對多種電量與非電量的采集與處理，運行穩(wěn)定可靠，采樣精度高，能滿足多數(shù)測控系統(tǒng)的測控要求與精度要求。

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