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(chǎng)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，完全可以適應(yīng)電池供電系統(tǒng)的要求。

１?。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?jìng)€(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(jiǎn)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(hào)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(hào)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(hào)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(duì)應(yīng)８?jìng)€(gè)通道，而對(duì)于差分輸入，０００～０１１分別對(duì)應(yīng)ＣＨ０～ＣＨ１、ＣＨ２～ＣＨ３、ＣＨ４～ＣＨ５、ＣＨ６～ＣＨ７，而１００～１１１則分別對(duì)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。

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?jìng)€(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。ＰＩＣ１６Ｃ６４是美國(guó)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。

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(cè)，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(chǎng)控制等領(lǐng)域。