串行AD或并行AD的选择

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1、摘要：串行和并行接口模式是A/D转换器串行及并行A/D转换器在高速数据采集中的采样差别性分析48896减小字体增大字体 作者：孙世君 来源：国外电子元器件 发布时间：2008-3-4 18:15:38摘要：串行和并行接口模式是A/D转换器诸多分类中的一种，但却是应用中器件选择的一 个重要指标。在同样的转换分辨率及转换速度的前提下，不同的接口方式不但影响了电路结 构，更重要的是将在高速数据采集的过程中对采样周期产生较大影响。本文通过12位串行 ADC ADS7822和并行ADC ADS774与AT89C51的接口电路，给出二者采样时间的差异性。 关键词：A/D转换；采样；转换时间；串行接口；并行

2、接口1引言A/D转换器是一种数据采集中常用的模拟-数字信号转换元件，按转换原理可以分为逐次 逼近型、双积分型等；按接口方式可分为串行和并行接口类型；按分辨率又可分为8、12、 14、16、18等多种类型。转换时间是A/D转换应用中一项重要的性能指标，在高速数据采 样中更是十分的重要，但在同样的转换时间指标前提下，使用串行或是并行A/D转换器实 现数据采样，转换时间上的差异往往被忽略。以下以美国TI公司的ADS7822和ADS774 为例，通过二者与AT89C51单片机的接口电路，分析在一次转换过程中转换时间上的差异。2 ADS744的接口电路和转换时间2.1 ADS774及与单片机的接口ADS

3、774是12位逐次逼近型并行A/D转换器，它具有转换精度高、转换速度快(最高8.5 妙)等特点，但接口电路较为繁琐。图1为ADS774与AT89C51的典型接口电路。图1中，ADS774采用0V10 V单极性信号输入模式，9引脚接地，转换结果被设置为 8位方式，12位转换结果分两次输出并受4引脚(Ao)控制，Ao=“0”时，2027引脚输出12位转换结果的高8位，Ao=“l时，输出12位转换结果的低4位。启动转换及读取转换结果 由3、4、5、6脚控制，28引脚(STS)为转换结束标志，转换进行过程中，28引脚为高电平,转换结束时，28引脚变为低电平。图2为ADS774启动转换和读取转换结果的工

4、作时序。结合图1的接口电路和图2的工作时序可知，转换工作过程如下：AT89C51P07P06P05P04P03P02P01P00ALE/PP20P21P22P23F24P25P26P27T1TOWR丽PSEN34S56-73-38 93 3八A718八A617八A514/ A413A38A27Al4AO3A7A6A43-2 A A3021 CP22 OIF23 ENABLE2彳 FREE25 S两26 一2?28 -1514-21 APC A7 27D7Q?nAZ17 CO16 * A6 26DoQb A5 25D5Q5TT A4 24D4Q49 A3 23D3Q36 A2 22D2Q25 A

5、U Al 21DIQI2 RT& AO 20DOQOX A7 19 A6 18LECE A5 17丄 A4 1674LS373 CS3 Al4 RTC 5STS 28674LS002DB11和VCC0910DB9VeeDBSDB7DGNDDB6AGNDDB5REF INDB4DB3REF OUTDB2DB1DBOCSBP OFFAOR/CSTSCE10 V IN12/820 V INADS774VCC1TDB11 VL121S+15 V9 T -15 VK T15108S3100 -15VTR10ioonR11100QW2 *100 Q图1 ADS774与AT89C51的接口电路csR/CCE

6、300 ns200 nsCE200 ns*-*Ao200 ns200 nsSTSDB11-DB0300 nsI V300 ns25 ps高阻DB11-DB0STS400 ns启动和转换读取数据图2 ADS774的工作时序(1) 启动A/D转换，即AT89C51对ADS774执行一次写操作，地址信号中应使CS=“O”， Ao=“0”，R/C=“0”。(2) 单片机通过P2.4引脚查询STS信号，当STS为低电平时，转换即告结束。(3) 读取转换结果，即单片机对ADS774执行两次读操作：第一次读取转换结果的高8位, 这时应使A0=“0”，R/C=T,第二次读取转换结果的低4位，这时应使Ao=T”

7、，R/C=T”。 2.2转换时间分析根据转换时序和转换过程分析，结合图1的接口电路，转换程序及转换时间如下所示(单 片机使用12 MHz外接晶振)：MOVRO, #OOH;W 口地址送R0（l眩）MOVRl, #30H；存放转换结果高8位单元地址送R1(1 M)MOVXR0, A；启动A/D转换（2 |is）JBP2AS；查询转换是否完成（一次转换时间8 pis12 pis)MOVRO, #om改 A/D 口地址（1 |xs）MOVXA, R0；读取转换结果的高8位（2 p,s）MOVR1,A；保存转换结果（2 p.8）MOVRO, #03H；改 A/D 口地址（1 |xs）MOVXAf R0

8、；读取转换蛛果的低4住（2 ）INCR1;(1 4)MOVR1,A；保存转换皓果（2丛叮由此可见，完成一次A/D转换的时间为23妙27阴，采用并行A/D转换器可最大限度发 挥高速A/D的速度性能，在高速数据采样的过程中，为保证A/D转换结果的准确性，即使 采用多次采样转换结果均值滤波的方法，仍可以保证转换的高速度。3 ADS7822的接口电路和转换时间ADS7822是12位串行A/D转换器，它的采样频率最高为75 kHz,采用串行外围接口（SPI） 方式与微处理器接口。ADS7822与AT89C51的典型接口电路如图3所示，图中VREF（1引 脚）为参考电压输入引脚，IN+、IN-为差动信号输

9、入端，CS/SHDN（5引脚）为片选信号输入, 低电平有效，高电平时为关闭模式，D0UT（6引脚）为串行数据输出端，DCL0CK（7引脚） 为同步时钟输入端。14VrefVccIN-DCLOCKIN+Do inCNDCS/SHDNADS782223vcc_0 j_7263545育T89C52pToP1IP12P13P14P15P16P17图3 ADS7822与AT89C51的接口电路由于AT89C51单片机没有SPI 口，因此使用P12、P13虚拟SPI接口的串行数据输出端 (DOUT)和同步时钟输入端(DCLOCK)。图4为ADS7822启动转换和读取转换结果的工作时 序图。UrcCS/SH

10、DN Power1 DownT A d 晌 二imuwwLnATLrumrLnzOuuwirDourtsinBhfmlfiFI B6 b? B4 b3b2bi(MSB)* C0MbFI器而叭丽|瑚图4 ADS7822的工作时序图4中tCYC为采样周期(75 kHz)，tCONVE为转换时间(12个CLK周期)，如果一次转换结束后，CS仍保持为低电平，ADS7822将继续输出12位转换结果，但再次的输出将是 低位在前，因此在读出转换结果后，应将CS变为高电平，使ADS7822处于掉电状态。以下是采用软件虚拟方式，对ADS7822启动转换和读取转换结果的程序，CLK和DAT 为使用AT89C51的

11、P1.2和P1.3虚拟的串行时钟线和数据线。ADS7822：CLR CLKNOPCLR CS ；启动A/D转换NOPNOPCLR CLKSETB CLKCLR CLKSETB CLK” CLR CLKSETB CLK ；三个CLK周期后，开姥读入数据MOV R7（#O8H；首先读取转换结果的高8位（以上约12个机器周期）N-BIT1: CLR CLKNOPMOV CtDAT；读取1位数据RLC ASETB CLKNOPDJNZ R7,N-BITIMOV R1,A ；转换结果的高8位存于R1（以上约64个机器周期）MOV R7t#O4HN-BIT2： CLR CLKNOPMOV A, DATRLC ASETB CLKNOPDJNZ R7（N-BIT2MOV H2,A ；转换结果的低4住存于R2（以上约32个机器周期）RET从以上转换程序中可以看出，一次转换，从启动到读取转换结果，约需要100个机器周 期以上，如果单片机使用12 MHz的外部晶振，则一次转换的时间应该在100“ 以上。如果 在转换过程中需要多次采样均值滤波，则不满足高速采样的需要。4结束语串行A/D虽然在使用中有接口电路简单的优点，但在需要软件虚拟串行通信协议的情况 下，转换时间与同样分辨率的并行A/D相比要逊色的多。如果要实现与并行A/D同样的转 换速度，则需要选择本身具有同类串口的单片机。