系统设计 - 高精度微功耗数据采集系统设计与应用

　　2 系统设计

　　系统采用PIC16F84A作为处理机，它是Microchip公司生产的8位单片机。内部程序存储器是1K×14E2PROM，可重复电擦写；13个可独立编程的双向I/O引脚，驱动能力强；含片内自振式看门狗；与51系列单片机相比具有同等晶振频率下速度快的特点，而且功耗极低，5V电压4MHz晶振时小于2mA，在3V电压32kHz晶振时小于15μA。

　　系统采用MAX198作为多路开关，并配有MAX233，可以同计算机串口相连，将采样数据实时发送至计算机以便观测。为了降低功耗，本系统使用的是外部基准电压源，即用ADR291作为2.5V基准电压输出，用REF196作为3.3V参考电压输入。这样可以使ADS1212的功耗降低约3mA。

　　2.1 电源电路

　　由于本系统采样精度高，所以电源电路的噪声必须特别小。本系统采用MAX666作+5V电压的稳压芯片，MAX664作-5V电压的稳压芯片。根据ADS1212的特殊要求设计的电源电路如图2所示。

　　2.2 信号输入电路

　　信号输入电路如图3所示。输入信号通过多路开关选择，然后经过跟随器输出，再通过电阻网络输入到模/数转换器的输入端。为了使系统的噪声对采样的影响达到最小，ADS1212差分输入的负端接到2.5V基准电压处。这是因为ADS1212的输入端的输入电压不能大于电源电压，且不能小于零。输入信号在-5V～+5V内变化时，通过计算可知AINP处的电压范围为1.25V～3.75V，2.5V对应的是零点，而AINN接2.5V电压基准，这样就实现了对地信号的采样转换。

　　2.3 ADS1212与PIC16F84A的接口电路

　　ADS1212与PIC16F84A的接口采用四线制通信方式，如图4所示。ADS1212的DRDY与PIC16F84的RB0相连，即采用外部中断方式读取采样数据结果。采样数据由SDOUT输出，命令数据由SDIO输入，SCLK作为同步时钟，同时PIC16F84A还留有两根口线与MAX233相连，在需要的时候可完成与计算机通讯。根据采集需要，本系统将ADS1212设置为从动方式，（即Slave方式），片选端接地，而同步信号输入端DSYNC接高电平。

　　

　　本系统是一个水下弱磁信号的测量处理装置。软件主要包括系统复位初始化模块、A/D转换控制模块和数据处理模块。由于A/D转换控制模块和数据处理模块与具体应用密切相关，即于篇幅在此不作重点介绍。这里只介茹系统复位实始化模块。

　　系统复位初始化模块包括单片机端口初始化、ADS1212工作状态初始化等。笔者认为对于ADS1212的初始化完成后，应读出命令寄存器CMR中的一些字节，与写入的数值进行比较，以确认是否初始化正确，本系统中就是读出CMR3进行比较的。这里需要指出的是，不能用读出CR2进行比较，因为ADS1212的工作模式已经改变，比较肯定会发生错误。如下是软件复位程序片段：

　　START：CALL PORTINIT ；调用端口初始化子程序

　　MOVLW 64H ；WR_CMR=64H

　　MOVWF INSR

　　MOVLW 44H ；CMR3=22H（00100010B）双极性信号输入

　　MOVWF CMR3

　　MOVLW 14H ；CMR2=28H（00101000B，自校准模式，G=4）

　　MOVWF CMR2

　　MOVLW 1AH ；CMR1=58H（加速因子TMR=4）

　　MOVWF CMR1

　　MOVLW 96H ；CMR0=69H（DR=1869H，DATA RATE=10Hz）

　　MOVWF CMR0

　　CALL SPISCW

　　MOVLW 0E4H ；读CMR寄存器

　　MOVWF INSR

　　CALL SPISCRD ；通信是否正常

　　MOVF CMR3，0

　　XORLW 44H

　　BTFSS 3，2

　　GOTO START ；通信不正常，返回继续

　　CALL PSCONVT ；进行数据转换

　　采用ADS1212加PIC16F84A及微功耗基准ADR291、REF196，实现了高精度微功耗数据采集系统，系统工作电流为1.6～1.9mA，采样精度可达20位。

　　信号输入电路采用差分输入，其负端接2.5V基准电压，有效降低了系统噪声对采样结果的影响。

　　PIC16F84A具有微功耗的特点，但缺少通讯接口，通过软件成功开发了标准异步串型通讯接口。

　　该系统已成功应用于水下弱磁信号的检测与处理。