ADS1212和SST單片機實現高精度數據采集設計

　　O 引 言

　　數據采集技術已廣泛應用于信號處理、通信、過程控制、遙感遙測等領域，各種高科技技術的發展對數據采集系統的精度進一步加強。本文所介紹的就是一種高精度的數據采集系統，它在筆者的工作中已經得到了充分的應用和試驗。

　　該系統采用的∑一△型A／D轉換器ADS1212它具有分辨率高，線性度好，抗干擾能力強（對噪聲的抑制能力不亞于雙積分ADC），成本低等不可多得的優點，恰好能滿足這種要求。

　　單片機采用SST公司8位微處理器FLAsH-Flex51系列成員SST89E564RD，它采用先進的Super-FLASH CMOS半導體技術設計和制造，是采用8051的指令集，并與標準的8051控制器管腳兼容，而且具有SPI端口，接口簡單，易于編程控制。

　　1 系統硬件設計

　　1．1 ADS1212的結構及特點

　　ADS1212芯片內部由可編程增益放大器（PGA）、二階∑-△調制器、調制控制單元、可編程數字濾波器、微控制器單元、寄存器組（指令寄存器、命令寄存器、數據寄存器、校準數據寄存器）和1個串行接口，1個時鐘電路，1個內部2．5 V電壓基準等組成。

　　ADS1212是高精度、寬動態特性的∑-△型模擬／數字轉換器。它的差動輸入端可以直接與傳感器或微小的電壓信號相連。其內部的∑-△結構可確保它的寬動態特性和24位的分辨率。

　　由于采用了低噪聲的輸入放大器，可以在轉換速度為10 Hz時獲得23位的有效分辨率；借助于其內部獨特的調制器加速操作模式，在轉換速度為1 kHz時仍可達到20位的有效分辨率。該轉換器動態特性的大大提高主要依賴于其前級的低噪聲程控放大器，其放大倍數可從1～16進行設定，以2倍步長增加。該A／D轉換器都有一個靈活的同步串行接口，它與SPI兼容，并且可以提供雙線控制模式。該A／D轉換器為單一+5 V供電，有內／外參考電壓和內部自校準系統。

　　ADS1212主要用于工業過程控制、儀器儀表、色譜分析、靈巧傳感器、便攜式儀表、稱重儀器、壓力傳感器、高分辨率測量的場合。

　　1．2 SST單片機的結構及特點

　　系統采用SST89E564RD作為處理機，它是SST公司8位微處理器FLASHFlex51系列的成員，是采用先進的SuperFLASH CMOS半導體技術設計和制造，是采用8051的指令集，并與標準的8051控制器管腳兼容。

　　器件帶有72 KB的片內FLASH E2PROM存儲器，使用了SST公司專利的CMOS Super_FLASH E2PROM技術，存儲器被分成兩塊獨立的程序存儲器，第一塊（BLCK0）占用64 KB的內部程序存儲器空間，第二塊（BLOCK0）占用8 KB的內部程序存儲器空間。8 KB的第二塊FLASH可以映射到64 KB空間的低地址，還可以被隱藏和當成類似E2PROM的獨立的數據存儲器。

　　1．3 SPI接口的特點

　　SST單片機的串行外設接口（Serial PeripheraI In-terface，SPI）總線系統是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備，以串行方式進行通信以交換信息。外圍設置 FLASHRAM、網絡控制器、LCD顯示驅動器、A／D轉換器和MCU等。該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCK）、主機輸入／從機輸出數據線 MISO、主機輸出／從機輸入數據線MOST和低電平有效的從機選擇線SS。SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進行同步串行數據傳輸，在主器件的移位脈沖下，數據按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，總體來說數據傳輸速度比I2C總線要快。

　　SPI接口是以主從方式工作的，這種模式通常有一個主器件和一個或多個從器件，其接口包括以下四種信號：

　?。?）MOSI為主器件數據輸出，從器件數據輸入；

　?。?）MISO為主器件數據輸入，從器件數據輸出；

　?。?）SCLK為時鐘信號，由主器件產生；

　?。?）SS為從器件使能信號，由主器件控制。

　　1．4 ADS1212與SST89E564RD的接口電路

　　ADS1212與SST89E564RD的接口采用四線制通信方式，如圖1所示。ADS1212的DRDY與 SST89E564RD的INT1相連，即采用外部中斷方式讀取采樣數據結果。采樣數據由SDOUT輸出，命令數據由SDIO輸入，SCLK作為同步時鐘，同時SST89E564RD還留有2根口線與MAX232相連，在需要的時候可完成與計算機通信。根據采集需要，本系統將ADS1212設置為從動方式（即Slave方式），同步信號輸入端DSYNC接高電平。