高精度微功耗数据采集系统设计与应用

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1、高精度微功耗数据采集系统设计与应用

2、第1内容显示中摘要：高精度微功耗数据采集系统的设计原理，叙述了其关键芯片ADS1212的结构和原理以及使用方法，给出了详细的设计电路图和程序片段。对于水下弱磁信号的检测和处理，需要一个能连续工作几个月甚至一年以上的采样精度很高的数据采集处理系统，这就要求该系统必须具有高精度微功耗的功能。本文所介绍的就是能满足这一要求的数据采集系统，它在笔者的工作中已经得到了充分的应用和试验。该系统采用ADS1212作为模/数转换器，它是一个具有高精度、宽动态特性的Δ-∑型A/D芯片。下面先对该芯片的主要特点和用法进行简

3、要介绍，随后介绍ADS1212与微功耗单片机PIC16F84A的接口电路及程序设计。500)this.style.ouseg(this)">1ADS1212/B简介1.1特点及结构ADS1212特点如下：（1）Δ-∑型A/D转换器。（2）采样数据输出速率在10Hz时有效分辨率可达到20位，采样数据输出速率在1000Hz时有效分辨率可达16位。（3）最低功耗为1.4mR）也可设为1、2、4、8、16，它们之间的关系为乘积应≤16，如表1所示。表1增益与加速因子的关系加速因子（TMR）增益（G）11，2，4，8，1621，2，4，841，2，

4、481，2161采样精度同增益和加速因子的设置都有关系，具体如表2所示。这里需要指出的是，不能同时追求采样速度和采样精度，只有选取合适的速度和精度才能体现出该芯片的优势。表2采样精度与增益和加速因子的关系设G=1，fXIN=1MHz（fXIN是外部晶体振荡器频率）数据输出速率/Hz有效分辨率/位TMR=1TMR=2TMR=4TMR=8TMR=1610202121　　2019202121　401820212121501719202121601719202121100151719212125012141619201000　　1214161.3

5、主要功能寄存器ADS1212/13内部有5种功能寄存器。其中指令寄存器（INSR）和命令寄存器（CMR）用于控制转换器的操作。数据输出寄存器（DOR）用于存放最新的转换结果。零点校准寄存器（OCR）和满量程寄存器（FCR）用于对转换结果进行校准。指令寄存器INSR是一个8位寄存器，对ADS1211/10的每一步操作都是从它开始的。具体格式如下：500)this.style.ouseg(this)">R/B1MB0是欲读写的字节数。“00”～“11”对应“1”～“4”。A3～A0是欲读写寄存器的地址。命令寄存器CMR是一个32位寄存器，通过

6、对它的操作可以设置ADS1211/10的各种工作模式，格式如表3所示。500)this.style.ouseg(this)">BIAS是参考电压输出开关位，“0”为关，“1”为开。REFO是基准电压输入开关位，“1”为使用内部基准，“0”为使用外部基准。DF是样数据输出形式位，“0”为被码形式输出，“1”为原码形式输出。U/B是数据极性输出，“0”为双极性数据输出，“1”单极性数据输出。BD是读字节的顺序位，“0”为从高字节到低字节，“1”为从低字节到高字节。MSB是位的顺序位，“0”为从高位到低位，“1”为从低位到高位。SDL是数据输出

7、线选择位，“0”为用“SDIO”输出，“1”为用“SDOT”输出。DRDY是只读位，“0”表示输出数据准备好，“1”表示输出数据没有准备好。DSYNC是只写位，同DRDY共用一位，“0”表示不改变调制器的计数器值，“1”表示将调制器的计数器值复位到0。MD2～MD0是模式设置位，用于设备芯片的各种工作模式。G2～G0是增益设置位，用于对输入信号设置增益。CH1CH0是通道选择位，只适用于ADS1213，而ADS1212只有一个通道。SF2～SF0是加速因子选择位。SR12～DR0是抽取速率选择位（DecimationRatio）。这里需要

8、指出的是，以前的资料对它的计算公式均有误，现更正如下：fDATA=fXIM·TMR/[512·(DecimationRatio+1)]数据输出寄存器DOR为24位寄存器，用于存放最新的转换结果。只有在DRDY信号为低的情况下，DOR中的数据才是有效数据。如果在1/fDATA-12×（1/fXIN）时间内没有读出DOR中的数据，那么它将会被新的数据所覆盖。DOR中输出的数据格式可以用补码形式表示，如“FFFFFFH～000000H～7FFFFFH”，表示“负最大量程～0～正最大量程”；也可以用原码形式表示，如“000000H～800000H

9、～FFFFFFH”，表示“负最大量程～0～正最大量程”，这可用设置CMR3的DF位来实现。零点校准寄存器（OCR）和满量程寄存器（FCR）用于对转换结果进行标准。它们都是24位寄存器，可以在初