[日期：2008-2-21]
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1 引言
1個完整的資料採集器件可包含多路模擬開關、可程式設計增益放大器、a/d轉換器和1個或多個數字i/0通道。所有這些功能都是通過1個序列資料口進行控制 的。德州儀器公司的ads7870就是這樣的器件。這款低成本的ads7870整合了12位、48 ks/s(sar)的逐次逼近型模/數轉換器、4通道差分/8通道單端的多路復用器(multiplexer(mux))、可程式設計增益放大器(pga)、 高精度參考電源、內部參考緩衝放大器、片上時鐘發生器和用於控制及資料傳輸的序列介面，為資料採集系統提供了良好的資料轉換與處理能力。
2 ads7870的結構及特點
ads7870是乙個基於sar的12位精度的資料採集系統，即 das。與其他同類產品相比，基於sar架構能以更低的功耗、簡單的多通道掃瞄及內建的取樣保持提供極低的延時，從而提供了高精度、通用的單片das。如 圖1所示是其內部結構組成原理圖。表l為ads7870的引腳及功能定義。
ads7870中的pca可提供高輸入阻抗、卓越的增益精度、良好的共模抑制及極低的雜訊。對於普通訊號而言，在訊號源與adc輸入之間不需要外部放大或 阻抗緩衝。pga的失調電壓可自動歸零，可提供卓越的長期直流穩定性。增益為l、2、4、5、8、10、16及20 v/v的增益可使125 mv的低訊號產生數字輸出滿量程。正常工作時功耗為8.5 mw，待機模式下的功耗僅為5 mw。
ads7870有1個內建參考源，用於對溫度的初始精度與穩定性進行微調。漂移一般為10-5/℃。內部參考緩衝放大器可用於內部或外部參考。
3 資料採集系統的工作原理
3.1 ads7870的模/數轉換器
ads7870整合了12位的逐次逼近(sar)型模/數轉換器，其輸出為二進位制補碼形式，並且可以通過序列介面來讀取(最高有效位或最低有效位先行均可)，在輸入多路復用器配置為差分輸入時，模/數轉換函式為：
在輸入多路復用器配置為單端輸入時，模/數轉換函式為
模/數轉換週期為48個dclk(分頻時鐘)，其中，pga的工作週期為36個dclk，完成包括輸入訊號獲取、pga自動歸零、電平位移及輸入訊號放大等過程。sar占用剩餘的12個dclk。
有4種方法可以啟動乙個模/數轉換週期：傳送1個直接模式命令；對暫存器4(增益/多路復用暫存器)進行寫操作，置cnv位為l；對暫存器5(數字i/o 狀態暫存器)進行寫操作，置cnv位為l；指定convert引腳為邏輯高電平——在cclk的第二個有效沿開始乙個新的模/數轉換週期。
3.2 ads7870的序列工作模式
圖2所示是ads7870的序列工作模式介面電路。ads7870的序列工作模式有兩種：直接模式和暫存器模式，這兩種模式由指令位元組的d7位來區別。 ads7870序列介面的工作基於指令位元組，該指令位元組的後面跟隨由它本身決定的動作。這個8位指令位元組由時鐘輸入din端輸入，二種型別的指令位元組可以 寫入ads7870，由指令位元組的d7位決定，這二個指令位元組代表了兩種工作模式：直接模式(d7=1)和暫存器模式(d7=0)。
直接模式是通過對ads7870寫入1個單獨的8位指令位元組(d7=1)來啟動一次模數轉換。寫入的直接模式命令可以設定多路復用器的配置、選擇pga的 增益並啟動一次轉換週期。直接模式的指令結構見表2，d7=l表示直接模式；d6-d4用於控制pga的增益；d3-do用於輸入通道選擇。圖3示出直接 模式下啟動一次轉換操作的時序圖。
暫存器模式(指令位元組的d7=0)是對ads7870的乙個暫存器發出讀或寫的操作指令，該指令含有對下乙個讀寫操作的暫存器的位址，確定序列通訊是以8 位還是16位的字長形式進行，並決定下乙個操作是從這個被定址的暫存器讀出還是寫入。暫存器模式的指令結構為d7=0表示暫存器模式；d6(r/w)決定 是讀出還是寫入，為l表示讀，為0表示寫；d5(16/8)決定字長，為l表示16位，為0表示8位；d4-do表示要進行讀或寫操作的暫存器的位址。
4 資料採集系統的序列介面
4.1 ads7870序列介面的硬體連線
ads7870 可以通過數字序列介面與微處理機及其他外部電路進行通訊，ads7870與mc68hcll型微處理器的介面原理如圖4所示。ads7870的序列介面主 要有4個引腳：sclk為序列位時鐘，din為序列位資料輸入，dout為序列位資料輸出，cs為序列位片選訊號。
4.2 ads7870的序列軟介面
圖5所示是ads7870輸入通道資料處理程式框圖，ads7870與mc68hcll的序列軟介面部分程式如下：
(1)ads7870的介面初始化程式
init_ads pshx
psha
5 結束語
本文介紹了ads7870型低功耗資料採集器件的特點及工作原理，討論了由ads7870與 mc68hcll型嵌入式系統器件組成的多路資料採集系統序列介面的設計。ads7870提供了完整的訊號處理與轉換的設計方法，是低功耗控制系統、智慧型 感測器應用及通用儀表等領域的理想選擇。
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