ADS7844在低功耗数据采集系统中的应用

摘要：详细介绍了１２位串行模数转换器ＡＤＳ７８４４的结构及工作原理，给出了一个实用的低功耗数据采集系统的设计方案，同时给出了相关的硬件电路和软件程序。

    关键词：串行模数转换器；数据采集系统；低功耗；ＡＤＳ７８４４

在野外以及一些没有市电或者不适宜使用市电的应用场合，自动化仪表通常要采用电池供电，这就要求仪表中的电子元器件的功耗要低，Ａ／Ｄ转换器作为自动化仪表的重要组成部份更不例外。笔者采用ＡＤＳ７８４４和ＰＩＣ１６Ｃ６４构成的数据采集系统便具有功耗极低、结构简单等优点，完全可以适应电池供电系统的要求。
１　ＡＤＳ７８４４的结构及工作原理

ＡＤＳ７８４４是Ｂｕｒｒ－Ｂｒｏｗｎ公司推出的一种高性能、宽电压、低功耗的１２－ｂｉｔ串行模数转换器。它有８个模拟输入端，可用软件编程为８通道单端输入Ａ／Ｄ转换器或４通道差分输入Ａ／Ｄ转换器，其转换率高达２００ｋＨｚ，而线性误差和差分误差仅为±１ＬＳＢ。ＡＤＳ７８４４在电源电压为２．７Ｖ～５Ｖ之间均能正常工作，工作电流为１ｍＡ，进入低功耗状态后的耗电仅３μＡ。ＡＤＳ７８４４通过６线串行接口与ＣＰＵ进行通信，而且接口简单方便。

１．１ ＡＤＳ７８４４的引脚功能

ＡＤＳ７８４４的引脚排列如所示。它有２０个引脚，各引脚的功能如下：

ＣＨ０～ＣＨ７：模拟输入端，当器件被设置为单端输入时，这些引脚可分别与信号地ＣＯＭ构成８通道单端输入Ａ／Ｄ转换器；当器件被设置为差分输入时，利用ＣＨ０～ＣＨ１、ＣＨ２～ＣＨ３、ＣＨ４～ＣＨ５和ＣＨ６～ＣＨ７可构成４通道差分输入Ａ／Ｄ转换器

ＣＯＭ：信号地

ＶＲＥＦ：参考电压输入端，值为电源电压

ＣＳ：片选端，低电平有效，该脚为高电平时，其它数字接口线呈三态

ＤＣＬＫ：外部时钟输入端，在时钟作用下，ＣＰＵ将控制字写入ＡＤＳ７８４４，并将转换结果从中读出

ＤＩＮ：串行数据输入端，在片选有效时，控制字在ＤＣＬＫ上升沿被逐位锁入ＡＤＳ７８４４

ＤＯＵＴ：串行数据输出端，在片选有效时，转换结果在ＤＣＬＫ的下降沿开始被逐位从ＡＤＳ７８４４移出

ＢＵＳＹ：“忙”信号输出端，在接收到控制字的位数据后变低，只有在转换结束且片选有效时，该脚才输出一个高脉冲

ＳＨＤＮ：电源关闭端，低电平有效。当ＳＨＤＮ为低电平时，ＡＤＳ７８４４进入低功耗状态

ＶＣＣ，ＧＮＤ：分别为电源端和数字地。

１．２ ＡＤＳ７８４４的控制字及转换时序

ＡＤＳ７８４４的控制字如表１所列。
表1 ADS7844的控制字含义

Bit7(MSB)	Bit6	Bit5	Bit4	Bit3	Bit2	Bit1	Bit0(LSB)
S	A2	A1	A0	-	SGL/DIF	PD1	PD0

ＡＤＳ７８４４的控制字共有８位，其中Ｓ是起始位控制字的起始位总为“１”。Ａ２～Ａ０是通道选择位，在单端输入时分别对应８个通道，而对于差分输入，０００～０１１分别对应ＣＨ０～ＣＨ１、ＣＨ２～ＣＨ３、ＣＨ４～ＣＨ５、ＣＨ６～ＣＨ７，而１００～１１１则分别对应ＣＨ０～ＣＨ１、ＣＨ１～ＣＨ０、ＣＨ３～ＣＨ２、ＣＨ５～ＣＨ４、ＣＨ７～ＣＨ６。Ｂｉｔ３没有定义。ＳＧＬ／ＤＩＦ是模式控制位，该位为“１”时是单端输入模式，为“０”时是差分输入模式。ＰＤ１和ＰＤ０是电源关闭模式控制位，若为“００”，则表示ＡＤＳ７８４４在不进行数据转换时自动进入电源关闭模式，若为“１１”，芯片则始终处于电源开启模式。

ＡＤＳ７８４４有多种转换时序，其基本转换时序如所示。从图中可见，一个转换周期需要２４个时钟周期，其中８个用于输入控制字，１６个用于读取转换结果。控制字的所有位在时钟上升沿被锁入芯片，转换结果在时钟的下降沿被逐位移出。所有移入和移出的数据都是高位在前、低位在后。需要说明的是，ＡＤＳ７８４４是１２位Ａ／Ｄ转换器，其转换结果只有１２位，故在移出１２位结果后，还需送入４个时钟来完成整个转换过程，这４个多余的时钟移出的数据为“０”，使用时不应作为转换结果处理。
２　低功耗数据采集系统的硬件电路

要设计一个低功耗数据采集系统，只有Ａ／Ｄ转换器是低功耗器件还不够。ＰＩＣ１６Ｃ６４是美国ＭＩ-ＣＲＯＣＨＩＰ公司生产的高性能单片机，它有许多优点：宽电压２．７Ｖ～５Ｖ，其工作电流只有１ｍＡ３．３Ｖ＠３２ｋＨｚ时，进入休眠状态后只有几微安且可以用中断将其从休眠状态唤醒等。低功耗数据采集系统的硬件电路如所示，其中ＣＳ、ＤＣＬＫ、ＤＩＮ和ＤＯＵＴ必须与ＣＰＵ连接，而ＢＵＳＹ则可以不用，在转换时稍加延时等待即可。控制ＡＤ７８４４进入低功耗状态有两种方式：一是直接控制ＳＨＤＮ端；二是将ＳＨＤＮ接在电源上，它们均可在控制字中设置。为了节省口线，可采用第二种方式。采样控制可以使用外部中断，如外部中断ＩＮＴ０、串行口中断和ＰＢ口电平变化引起的中断等，也可以使用内部定时中断。
３　软件程序

下面给出该系统的主程序部分流程图和汇编程序。该设计假设用外部中断ＩＮＴ０唤醒ＣＰＵ来进行数据采集，且Ａ／Ｄ转换程序就是中断服务子程序。

ＯＲＧ ０００Ｈ

ＧＯＴＯ ＭＡＩＮ

ＯＲＧ ００４Ｈ

ＧＯＴＯ ＩＮＴ ＰＲＯ

ＯＲＧ ０１０Ｈ

ＭＡＩＮ ＭＯＶＬＷ １０Ｈ 关闭总中断控制位，

ＭＯＶＷＦ ＩＮＴＣＯＮ

ＢＳＦ ＳＴＡＴＵＳＲＰ０ 初始化Ａ口

ＭＯＶＬＷ ０Ｆ８Ｈ

ＭＯＶＷＦ ＴＲＩＳＡ  Ａ口Ｄ０－Ｄ２为输

出，Ｄ３为输入

ＢＣＦ ＳＴＡＴＵＳ，ＲＰ０

ＢＳＦ ＰＯＲＴＡ，１ 使片选无效

．．．

ＢＳＦ ＩＮＴＣＯＮ，ＧＩＥ 开放总中断控制位

ＬＯＯＰ ＳＬＥＥＰ 等待中断

．．． 数据采集完成后进行其他处理

ＧＯＴＯ ＬＯＯＰ

ＩＮＴ＿ＰＲＯ ＢＣＦ ＰＯＲＴＡ，０ 时钟置低电平

ＢＣＦ ＰＯＲＴＡ，２ 数据输入置低

ＭＯＶＬＷ ０８Ｈ 置送控制字所需时钟数

ＭＯＶＷＦ ＮＵＭ

ＭＯＶＬＷ ８ＣＨ 控制字，假设转换ＣＨ０，

单端输入，自动进入低功耗状态

ＢＣＦ ＰＯＲＴＡ，１ 片选有效

．．． 送控制字

ＬＣＡＬＬ ＤＥＬＡＹ 调用延时子程序

ＭＯＶＬＷ １０Ｈ 置读转换结果所需

ＭＯＶＷＦ ＮＵＭ

．．． 读转换结果

ＢＳＦ ＰＯＲＴＡ，１ 结束转换并返回

ＲＥＴＦＩＥ
４　结束语

由于ＰＩＣ１６Ｃ６４和ＡＤＳ７８４４都是低功耗器件，且都有低功耗状态，因而用其设计的数据采集系统功耗是很低的。经实测，当电源电压为３．３Ｖ、时钟为３２．７６ｋＨｚ时，该电路的正常工作电流为２ｍＡ，而进入低功耗状态后的系统消耗电流为４μＡ，因而完全适合于电池供电。另外，ＰＩＣ１６Ｃ６４和ＡＤＳ７８４４都是宽电压器件，并且ＰＩＣ１６Ｃ６４还有许多功能可以开发利用。如果在本系统基础上做必要的功能扩展，便可用于其它工业控制系统的现场控制等领域。