基于ADS8343及51单片机的多路采集系统

摘要：文中介绍了16位模数转换芯片ADS8343的功能与特性，简述了ADS8343的工作时序，利用C51单片机、RS232串口和计算机系统构成数据采集实时显示系统，并将数据通过上位机软件以文本格式导出，同时给出了ADS8343与51单片机的接口电路和C语言驱动程序。
关键词：ADS8343；51单片机；RS232；多路采集系统

    ADS8343是TI公司的16位4路伪差分模数转换芯片，具有分辨率高、转换速度快(最快10μs)、串行接口传输节省I／O口资源等优势，结合常用的51单片机可方便搭建多路采集系统。

1 ADS8343引脚
    ADS8343是16位分辨率AD转换器，具有片内系统时钟，4路(单端)模拟输入通道，采样率最高可达100kbps，伪差分输入双极性输出。
    ADS8343的引脚排列如图1所示。引脚功能简述如下：

    +VCC：电源端，+2．7～+5V；
    CH0～CH3：模拟信号输入端；
    COM：模拟输入的公共参考端，一般连接到VREF；
    ：关闭端。当为低电平时，器件进入低耗电关闭模式；
    VREF：参考电压输入端，500mV～+VCC／2；
    GND：地；
    DOUT：串行数据输出端。数据在DCLK的下降沿被移出。当为高电平时DOUT输出呈现高阻态；
    BUSY：器件占用输出端。当为高电平时DOUT输出呈现高阻态；
    DIN：串行数据输入端。如果为低电平，数据在DCLK上升沿被锁存；
    ：片选端。控制转换时序，使能串行输入、输出寄存器；
    DCLK：外部时钟输入端。

2 ADS8343使用方法
2．1 模拟输入端连接
    ADS8343支持伪差动输入双极性输出，所有单、双极性输入电压均是相对于公共参考端而言，输入电压可以采用单端或是差分输入的方式驱动模拟输入端。注意，实际输入电压对地而言必须是正电压，否则会造成芯片损坏。具体连接方式如图2所示。

2．2 控制字
    ADS8343在进入转换工作时，必须先向DIN送入8位控制字，8位控制字第7位(MSB)为起始位，须置1：第6～4位为通道选择位，结合第2位单端、差分控制端可以改变4个通道的输入方式，具体如图3所示：第1、0位是省电模式和内部时钟控制位，一般选择外部时钟模式，从而提高转换精度，当PD1、PD0均为0即工作在外部时钟的正常供电模式；当PD1=1、PD0=0即为内部时钟模式；当PD1、PD0均为0时，即工作在省电模式，在每次转换完毕就进入关闭节电状态。

2．3 工作时序
    ADS8343可以靠内部时钟或是外部时钟进行工作，为了提高转换精度，在此仅讨论外部时钟的工作情况。
    当有高电平转为低电平时，器件开始进入转换工作，此时在最初的8个时钟周期的上升沿将8位控制字送入DIN，当最后一位控制送入完成，BUSY马上由低电平跳变成高电平，经过一个时钟周期后，在下降沿BUSY同步变成低电平，因此BUSY用来检测DOUT高位数据是否到来，经过逐次逼近后的16位数据在紧接着的16个时钟周期的下降沿被送到DOUT端，全部转换完成后变为高电平。因此要获取16位数据，必须要25个时钟周期。如果按照SPI接口8位数据工作来看，可以通过完成32个时钟周期来获取16位数据，把最后7位数据处理掉就可以了。其32时钟周期时序图如图4所示。

3 多路采集系统
3．1 ADS8343与51单片机的接口
    将ADS8343与常用的51单片机结合，可以方便的搭建多路采集系统。将DCLK、、DIN、BUSY、DOUT分别与单片机的P2．0～2．4连接，利用RS232串口与PC机连接，实现由计算机来控制采集过程及接收数据。
3．2 ADS8343的软件编程
    根据ADS8343的外部时钟模式下32时钟周期时序图，结合整个转换周期需要至少25个时钟周期，采用单片机I／O给出DCLK的25个时钟周期，这样就可以完成一次完整的转换。再通过RS232串口与PC机连接可以实现简单的控制与采集。采用C51编写的AD转换子程序及相应注解如下所示，程序已用串口调试工具调试通过。


3．3 数据输出格式
    ADS8343是双极性输出，以单端输入为例，当输入电压为正(相对于COM而言，即输入电压高于VREF)，其输出16进制值在0000～7FFF之间，其中+VREF对应于7FFF；当输入电压为负(相对于COM而言，即输入电压低于VREF)，其输出16进制值在FFFF～8000之间，其中-VREF对应于8000。
3．4 计算机(上位机)编程
    多种计算机编程语言可以实现串口数据的采集处理，在本系统上位机中使用VC编程，主要实现对单片机传入数据的转换，包括被测信号的电压值的实时显示、精度转换、采集时间的设置、串行口端口号选择、数据存放地址的选择等，最终的数据以文本文件存放于指定地方。针对于恒电位仪测量合金极化曲线实验设计的软件界面如图5所示。

4 结束语
    文中利用ADS8343模数转换芯片和51单片机搭建了简易多路采集系统，利用51单片机和C语言编程使整个控制变的简单、移植性强，且整体成本低廉，可方便用于多路电压采集场合，在选择高精度低噪声基准源、良好的布线及软硬件降噪处理后，可实现较高精度的采集。该系统已用于恒电位仪测量极化曲线实验的电压采集，取得较好的效果。