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1 AD7674和C8051060簡介 1．1 AD7674簡介 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、無管道延遲的特點，其采樣速率最高可以達到800 kHz，積分非線性誤差(INL)最大為±2．5 LSB，在整個工作溫度范圍內可保證無丟碼。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，包括1個內部變換時鐘、1個內部基準緩沖器、誤差修正電路以及串行(SPI)與并行(18、16或8位總線)接口。 AD7674采用逐次逼近結構。由于逐次逼近結構的多路技術和低功耗，使此器件比一般∑-△ A／D轉換器的性能更優越；而且芯片內部還集成了跟蹤保持電路，逐次逼進的結構使其沒有任何通道延時，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間不超過1 ms時，才能保證其轉換的精度。如果連續兩次轉換之間的時間大于1 ms，第一次轉換的結果就會被忽略，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間沒有限制，既可保證高的轉換精度又可確保快速的采樣速率。 * 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，僅消耗功率136μW。該器件適合于電池供電的應用。 1．2 C8051 F060簡介 C8051F060單片機是表貼TQFP100封裝，包括1個8051內核，2個16位AD轉換器，8個8位A／D轉換器，2個12位D／A轉換器，1個SPI接口，1個I2C接口，2個UART接口，64 KB Flash及22個中斷源。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數據總線傳輸，RS232、RS485串口通信等功能，從而大大減少了元器件的種類，縮小了印制板的面積，節約了成本，提高了系統可靠性。而其交叉開關方式的配置，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模式進行數據采樣轉換。在這種模式下對采樣轉換之間的時間沒有限制，這樣可同時保證高的轉換精度和采樣速率。 CNVST信號控制AD7674轉換的開始，一旦轉換開始就不能放棄或重新開始，直到轉換完成。CNVST信號與CS和RD互不干擾。 AD7674的并口總線寬度可配置為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程中讀出，讀數據時序如圖3所示。然而在轉換過程讀數據模式中，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位并口總線寬度，配置為 MODE0=0，MODE1＝1，以便于和單片機進行數據傳輸。
值得注意的是在讀取A／D轉換數據時，采用轉換完畢后讀取數據。要保證時序關系正確，一定要在數據轉換結束，而下一次轉換開始之前把數據讀走；假如讀取數據時數據轉換沒有結束或剛啟動下一次數據轉換，則會造成讀取數據錯誤。本文采用CPLD經由外部有源晶振進行分頻，產生轉換信號CNVST與讀信號RD相關，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誤。 4 軟件編程 在軟件編制時，首先要對單片機C8051F060進行初始化和對AD7674進行配置，再啟動轉換信號進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、交叉開關和系統時鐘的初始化。AD7674配置包括轉換模式、總線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：
結語 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潔，在Keil 集成開發環境下采用單片機C語言編寫、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，可實現嵌入式數據采集系統高速數據傳輸；同時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發的靈活性和拓展性。 參考文獻 1. Silicon Laboratories.C8051F06X Data Sheet 2. Analog Devices.AD7674 Data Sheet 作者單位：北京無線電計量測試研究所 高春彥 成俊杰 來源：《單片機與嵌入式系統應用 》2009 (6) |
