基于PIC系列單片機開(kāi)發(fā)的高精度數據采集器

1ADS1210引腳及功能
　　ADS1210是一種高精度、寬動(dòng)態(tài)范圍，采用單5V電源供電，具有24位分辨率的新型A／D轉換器。封裝形式有18腳雙列直插式和18線(xiàn)貼片式，引腳功能描述如表1。

　　●指令寄存器(INSR)
　　指令寄存器是一個(gè)8位寄存器，它指明了系統是進(jìn)行讀操作還是寫(xiě)操作，并確定讀/寫(xiě)操作的字節長(cháng)度以及讀/寫(xiě)操作寄存器的起始地址。
　　●命令寄存器(CMR)
　　命令寄存器是ADS1210的關(guān)鍵，它控制著(zhù)ADS1210的所有特性功能。一旦串口時(shí)鐘的下降沿將數據字節的最后一位寫(xiě)入命令寄存器，新的模式就開(kāi)始生效。命令寄存器控制ADS1210所選用的選項和操作模式，包括可編程增益放大器的增益(G)設置、增強模式(TMR)、輸出數據率(Decimation)和校正方式等等。
　　●數據輸出寄存器(DOR)
　　數據輸出寄存器保存最近的轉換結果?！皵祿蕚渚途w信號”變?yōu)榈碗娖角?，寄存器的內容被一個(gè)新的結果更新。
　　●失調寄存器(OCR)
　　失調寄存器對放入數據輸出寄存器前的轉換結果進(jìn)行失調校正。在這種應用中，失調寄存器的內容可能是自校正結果，也可能是系統校正結果，通過(guò)串行口可以對失調寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)。
　　●滿(mǎn)刻度校正寄存器(FCR)
　　滿(mǎn)刻度校正寄存器對放入數據輸出寄存器前的轉換結果進(jìn)行滿(mǎn)刻度校正。實(shí)際的失調寄存器值和滿(mǎn)刻度校正寄存器值隨結構、溫度和電源的變化而改變。因此，任何狀態(tài)下的失調寄存器和滿(mǎn)刻度校正寄存器的實(shí)際值都不能精確地預測，也就是說(shuō)，給定系統的校正不能簡(jiǎn)單地通過(guò)外部誤差的測量來(lái)獲得某一結果，將其寫(xiě)入寄存器作為校正因子。
　　與ADS1210的通信是在數據轉換完成之后，即電平為低的時(shí)候開(kāi)始進(jìn)行的。通常首先是對指令寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作，指明下一步要進(jìn)行操作的寄存器的起始地址和字節長(cháng)度以及系統是進(jìn)行讀操作還是寫(xiě)操作，由此決定接下來(lái)進(jìn)行什么類(lèi)型的通信。之后隨著(zhù)合適的時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生(SCLK時(shí)鐘的周期數是由指令寄存器指定的字節長(cháng)度所決定的)，對指令寄存器指定的寄存器進(jìn)行操作，完畢后等待引腳的下一個(gè)低電平產(chǎn)生，如此反復直到數據采集完成。

　　在實(shí)際的測量中，電源是影響精度的重要因素。為了減小其影響，電源必須穩定，噪聲小，因此，使用MAX666作+5V電壓的穩壓芯片，以及利用外圍電容的作用減少電壓波動(dòng)。此外，ADS1210可使用本身的校正寄存器，通過(guò)編程對A/D轉換的數據進(jìn)行校正，進(jìn)一步提高測量精度。通過(guò)CMR的設置，使用者可自行選擇合適的校正模式。在背景校正下，校正以固定的時(shí)間間隔重復不斷地進(jìn)行，其他的幾種類(lèi)型，一旦校正運行完成就恢復正常運行。本設計采用背景校正模式。??

　　PIC系列單片機硬件系統設計簡(jiǎn)潔，指令系統設計精煉。PIC單片機集成了豐富的外圍模塊，可以通過(guò)對內部的寄存器操作實(shí)現對外圍模塊的控制。
　　串行擴展通信接口是單片機與其他計算機或模塊之間進(jìn)行數據交換的重要渠道。PIC16F87X系列單片機主要配置有2種形式的串口通信模塊，即主控同步串行通信MSSP和通用同步/異步收發(fā)器USART。其中，MSSP模塊主要應用于系統內部近距離的串行通信，如SPI和I2C模式；USART模塊主要應用于系統之間的遠距離的串口通信。
　　SPI(Serial Peripheral Interface)是一種單片機外設芯片同步串行擴展接口，由于A(yíng)DS1210自帶一個(gè)靈活的同步串行接口與SPI通信模式兼容，故本設計中PIC單片機與ADS1210進(jìn)行的所有數據交換都采用SPI的通信模式。PIC單片機的SPI模塊電路包含3個(gè)主要部分：發(fā)送緩沖器、接收緩沖器和移位寄存器。
　　USART在異步模式下采用的數據格式為1位起始位、8位或9位數據位和1位停止位，無(wú)奇偶位校驗碼，常用的數據為8位。片內提供的8位波特率發(fā)生器BRG，可以利用系統時(shí)鐘信號產(chǎn)生標準的波特率頻率為串行傳送所用。USART具有分別獨立的發(fā)送器和接收器，但它們所采用的數據格式和波特率是相同的。本設計運用單片機的USART異步發(fā)送功能通過(guò)MAX232芯片進(jìn)行必要的電平轉換后向上位機傳送所采集的數據。

　　ADS1210與外部器件接口形式有雙線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制和多線(xiàn)制，此處采用的是四線(xiàn)制實(shí)現與單片機的接口，接口信號是數據準備就緒信號()，數據輸入/輸出線(xiàn)(SDIO)、數據輸出線(xiàn)(SDOUT)、時(shí)鐘信號線(xiàn)(SCLK)。具體見(jiàn)圖1。

　　PIC單片機程序的流程圖如圖2。

　　圖3是用來(lái)從串口接收數據的軟件運行界面，作為本設計的測試軟件。接收區內顯示的 數據是使用本數據采集器所采集的幾組數據，而界面下端的狀態(tài)欄RX顯示的是接收數據的組 數，實(shí)驗表明，本設計完全可以達到20位以上的精度。

　　本設計可用于工業(yè)過(guò)程控制、儀器儀表、血液分析、智能發(fā)射機、電位計、質(zhì)量標準、 壓力轉換等高分辨率測量場(chǎng)合，例如可用于精度要求較高的電容式測壓微傳感器的性能測試 ，具有一定的通用性。