基于串行A/D轉(zhuǎn)換器LTC1286的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

基于串行A/D轉(zhuǎn)換器LTC1286的模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有較好的靈活性和實(shí)用性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流、溫度、壓力、濕度等多種電量與非電量的采集與處理。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于測(cè)量?jī)x器儀表及工業(yè)控制設(shè)備等測(cè)控裝置與測(cè)控系統(tǒng)中，其核心器件是A/D轉(zhuǎn)換器。

基于LTC1286的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過選用不同的傳感器件和信號(hào)調(diào)理電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流、溫度、壓力、濕度等多種信息的采集與處理。該系統(tǒng)具有誤差小、精度高、電路構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

LTC1286的特性、引腳功能及時(shí)序

● 主要特點(diǎn)

LTC1286是低功耗、中速、12位逐次比較型串行輸出通用A/D轉(zhuǎn)換器，它采用5～9V單電源供電，其主要特性包括：具有12位分辨率;最大非線性誤差為±3/4LSB;轉(zhuǎn)換時(shí)間為60μs;雙極性或單極性模擬輸入;12位三態(tài)串行輸出。

● 引腳排列及功能

LTC1286的引腳排列如圖1所示。

圖1：LTC1286的引腳排列及功能

各引出腳功能如下：

腳1為基準(zhǔn)電壓輸入端;腳2為正極性模擬信號(hào)輸入端;腳3為負(fù)極性模擬信號(hào)輸入端;腳4為公共端;腳5為片選端，CS由高電平跳變到低電平將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能DATA OUT端和CLOCK端，CS由低電平跳變到高電平將在一個(gè)設(shè)置時(shí)間內(nèi)禁止CLOCK;腳6為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端(數(shù)字信號(hào)輸出端)，在CS為高電平時(shí)，該腳處于高阻狀態(tài)，當(dāng)CS為低電平時(shí)，該腳由前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的MSB值置成相應(yīng)的邏輯電平;腳7為時(shí)鐘信號(hào)輸入端;腳8為電源正極性端。

● 接口時(shí)序

LTC1286的接口時(shí)序如圖2所示。由時(shí)序圖可知，LTC1286每次轉(zhuǎn)換和傳送數(shù)據(jù)使用15個(gè)時(shí)鐘周期，在每次傳送周期之間插入CS的時(shí)序，從CS信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，轉(zhuǎn)換和傳送過程開始，到CS為高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換和傳送周期結(jié)束，CLOCK被禁止，DATA OUT變?yōu)楦咦钁B(tài)。

圖2：LTC1286時(shí)序圖

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用LTC1286作為A/D轉(zhuǎn)換器件，采用PC機(jī)作為處理機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并把處理結(jié)果輸出到屏幕進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，或作為記錄保存到硬盤中。系統(tǒng)硬件電路如圖3所示。

圖3：系統(tǒng)硬件電路

● 電源與基準(zhǔn)電壓源

系統(tǒng)電源取自PC機(jī)串行接口的TXD腳，經(jīng)D7、C4、78L05、C1、C2處理向電路提供+5V平滑穩(wěn)定的直流電壓。

D3、C3、R3構(gòu)成LTC1286外部基準(zhǔn)電壓源，D3選用REF25Z作為2.5V基準(zhǔn)電壓輸出。

● 信號(hào)輸入電路

系統(tǒng)輸入端分壓電阻R1和R2構(gòu)成模擬信號(hào)輸入電路，輸入信號(hào)電壓變化范圍為0～+5V，R1和R2的取值須考慮LTC1286的輸入特性及外接傳感器或調(diào)理電路的輸出特性，其取值范圍為33～100kΩ，且R1=R2。二極管D1和D2構(gòu)成輸入端雙向限幅電路。

● LTC1286與PC的接口電路

LTC1286與PC采用四線制通信方式，如圖3所示。PCRS-232口的電平為12V，為了解決與LTC1286的直接連接問題，在LTC1286的數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端加了三只4.7V穩(wěn)壓管D4、D5、D6和兩只限流電阻R4、R5。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集與控制由PC編程完成。數(shù)據(jù)的采集與更新通過LTC1286第5腳的控制信號(hào)CS實(shí)現(xiàn)。在CS信號(hào)低電平期間，LTC1286完成數(shù)據(jù)的更新采集，同時(shí)把前一次采集的數(shù)據(jù)通過6腳(DATA OUT)串行移出，在CS信號(hào)高電平期間，時(shí)鐘信號(hào)CLOCK被禁止，輸出端為高阻態(tài)。

● 接口程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要包括初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、屏幕輸出顯示模塊和磁盤文件輸出模塊。限于篇幅，這里只給出對(duì)應(yīng)于PC串行口COM1(3F8h)的接口程序。

10 REM --- 12BTIS ---

20 KEY OFF:CLS

30 B=&H3F8:REM COM1:

40 N="12":REM 12BITS

50 OUT B+4,1

60 FOR T="0" TO 100 NEXT T

70 OUT B+3,64

80 FOR T="0" TO 500 : NEXT T

90 OUT B+4,0:D=0:REM ACQUISITION

100 OUT B+4,2:OUT B+4,0

102 OUT B+4,2:OUT B+4,0

103 OUT B+4,2:OUT B+4,0

110 FOR F="0" TO N-1

120 OUT B+4,2

130 E="INP"(B+6) AND 16

140 OUT B+4,0

150 IF E="16" THEN D="D"+2^(N-1-F)

160 NEXT F

170 D="5"*D/(2^N-1)

180 OUT B+4,1

190 RETURN

選用不同的傳感器件和信號(hào)調(diào)理電路，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種電量與非電量的采集與處理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，采樣精度高，能滿足多數(shù)測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)控要求與精度要求。

參考文獻(xiàn)

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