AD7674和C8051F060構成的數據采集系統

發(fā)布時(shí)間:2010-10-27 20:49    發(fā)布者:conniede
關(guān)鍵詞: AD7674 , A/D轉換 , C8051F060
1 AD7674和C8051060簡(jiǎn)介

1.1 AD7674簡(jiǎn)介

AD7674是一款高精度 18位逐次逼近(SAR)型ADC,具有采樣速率高、精度高、功耗低、無(wú)管道延遲的特點(diǎn),其采樣速率最高可以達到800 kHz,積分非線(xiàn)性誤差(INL)最大為±2.5 LSB,在整個(gè)工作溫度范圍內可保證無(wú)丟碼。該器件是全差分輸入,5 V單電源供電,可接5 V或3.3 V數字電源。AD7674還具有許多其他特點(diǎn),包括1個(gè)內部變換時(shí)鐘、1個(gè)內部基準緩沖器、誤差修正電路以及串行(SPI)與并行(18、16或8位總線(xiàn))接口。

AD7674采用逐次逼近結構。由于逐次逼近結構的多路技術(shù)和低功耗,使此器件比一般∑-△ A/D轉換器的性能更優(yōu)越;而且芯片內部還集成了跟蹤保持電路,逐次逼進(jìn)的結構使其沒(méi)有任何通道延時(shí),這些特征使該器件廣泛地應用于多通道系統中。

器件的原理框圖如圖1所示。


AD7674能提供3種不同轉換速率工作方式,以便對不同的具體應用優(yōu)化性能。這3種工作模式如下:

  • WARP,允許采樣率高達800 kHz。然而在這種模式下只有當轉換之間的時(shí)間不超過(guò)1 ms時(shí),才能保證其轉換的精度。如果連續兩次轉換之間的時(shí)間大于1 ms,第一次轉換的結果就會(huì )被忽略,這種模式適合于要求快速采樣率的應用。

  • NORMAL,這種模式的采樣率為666 kHz,在這種模式下對采樣轉換之間的時(shí)間沒(méi)有限制,既可保證高的轉換精度又可確?焖俚牟蓸铀俾。

  • IMPULSE,一種低功耗模式,其采樣率為570 kHz。例如當器件工作在1 kHz時(shí),僅消耗功率136μW。該器件適合于電池供電的應用。

1.2 C8051 F060簡(jiǎn)介

C8051F060單片機是表貼TQFP100封裝,包括1個(gè)8051內核,2個(gè)16位AD轉換器,8個(gè)8位A/D轉換器,2個(gè)12位D/A轉換器,1個(gè)SPI接口,1個(gè)I2C接口,2個(gè)UART接口,64 KB Flash及22個(gè)中斷源。只用1塊C8051F060芯片即可完成單片機8051的各種控制,多路A/D轉換和D/A轉換,I2C、SPI數據總線(xiàn)傳輸,RS232、RS485串口通信等功能,從而大大減少了元器件的種類(lèi),縮小了印制板的面積,節約了成本,提高了系統可靠性。而其交叉開(kāi)關(guān)方式的配置,使I/O口應用更加靈活方便。

2 AD7674與C8051F060的接口

電路圖2為AD7674在高速采集系統中的外圍電路和接口電路。外圍電路包括電壓基準輸入的設計、模擬電壓輸入部分的設計、模擬和數字電源供電的設計及接口電路的設計。

接口電路包括AD7674與C8051F060和CPLD的接口。


3 A/D轉換

本文中的AD7674采用NORMAL模式進(jìn)行數據采樣轉換。在這種模式下對采樣轉換之間的時(shí)間沒(méi)有限制,這樣可同時(shí)保證高的轉換精度和采樣速率。

CNVST信號控制AD7674轉換的開(kāi)始,一旦轉換開(kāi)始就不能放棄或重新開(kāi)始,直到轉換完成。CNVST信號與CS和RD互不干擾。

AD7674的并口總線(xiàn)寬度可配置為18位、16位或8位。數據既可以在每次轉換完成后讀出,也可在下一次轉換過(guò)程中讀出,讀數據時(shí)序如圖3所示。然而在轉換過(guò)程讀數據模式中,推薦在前半轉換周期讀數據,這樣可以避免數字接口和模擬轉換電路之間潛在的數據沖突。本文采用的是8位并口總線(xiàn)寬度,配置為 MODE0=0,MODE1=1,以便于和單片機進(jìn)行數據傳輸。


值得注意的是在讀取A/D轉換數據時(shí),采用轉換完畢后讀取數據。要保證時(shí)序關(guān)系正確,一定要在數據轉換結束,而下一次轉換開(kāi)始之前把數據讀走;假如讀取數據時(shí)數據轉換沒(méi)有結束或剛啟動(dòng)下一次數據轉換,則會(huì )造成讀取數據錯誤。本文采用CPLD經(jīng)由外部有源晶振進(jìn)行分頻,產(chǎn)生轉換信號CNVST與讀信號RD相關(guān),使得RD信號和CNVST信號同步,從而保證讀取的采集數據正確無(wú)誤。

4 軟件編程

在軟件編制時(shí),首先要對單片機C8051F060進(jìn)行初始化和對AD7674進(jìn)行配置,再啟動(dòng)轉換信號進(jìn)行數據轉換和讀取數據。單片機C8051F060的初始化包括對單片機的I/O端口、交叉開(kāi)關(guān)和系統時(shí)鐘的初始化。AD7674配置包括轉換模式、總線(xiàn)接口數據方式和采樣數據存儲格式的配置。部分源代碼程序如下:


5 結 語(yǔ)

本文詳細介紹了高速率、高精度的18位AD7674與C8051F060之間并口通信的接口電路及其軟件設計。該嵌入式數據采集系統設計簡(jiǎn)潔,在Keil 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下采用單片機C語(yǔ)言編寫(xiě)、調試完成。由于數據采集系統可應用于各種信號處理系統中,具有很高的推廣價(jià)值。本文采用的單片機配置靈活,傳輸速度快,接口采用并口通信,可實(shí)現嵌入式數據采集系統高速數據傳輸;同時(shí)AD7674與AD7678、AD7679等18位SAR ADC以及AD7621、AD7623等16位高速SAR ADC引腳相兼容,從而大大增強了系統開(kāi)發(fā)的靈活性和拓展性。
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