1AD7674和C8051060简介
1.1AD7674简介
AD7674是一款高精度18位逐次逼近（SAR）型ADC，具有采样速率高、精度高、功耗低、无管道延迟的特点，其采样速率最高可以达到800 kHz，积分非线性误差（INL）最大为±2.5 LSB，在整个工作温度范围内可保证无丢码。该器件是全差分输入，5 V单电源供电，可接5 V或3.3 V数字电源。AD7674还具有许多其他特点，包括1个内部变换时钟、1个内部基准缓冲器、误差修正电路以及串行（SPI）与并行（18、16或8位总线）接口。
AD7674采用逐次逼近结构。由于逐次逼近结构的多路技术和低功耗，使此器件比一般ΣΔ A/D转换器的性能更优越；而且芯片内部还集成了跟踪保持电路，逐次逼进的结构使其没有任何通道延时，这些特征使该器件广泛地应用于多通道系统中。
器件的原理框图如图1所示。
图1AD7674原理框图
AD7674能提供3种不同转换速率工作方式，以便对不同的具体应用优化性能。这3种工作模式如下：
WARP，允许采样率高达800 kHz。然而在这种模式下只有当转换之间的时间不超过1 ms时，才能保证其转换的精度。如果连续两次转换之间的时间大于1 ms，第一次转换的结果就会被忽略，这种模式适合于要求快速采样率的应用。
NORMAL，这种模式的采样率为666 kHz，在这种模式下对采样转换之间的时间没有限制，既可保证高的转换精度又可确保快速的采样速率。
IMPULSE，一种低功耗模式，其采样率为570 kHz。例如当器件工作在1 kHz时，仅消耗功率136 μW。该器件适合于电池供电的应用。
1.2C8051F060简介
C8051F060单片机是表贴TQFP100封装，包括1个8051内核，2个16位AD转换器，8个8位A/D转换器，2个12位D/A转换器，1个SPI接口,1个I2C接口,2个UART接口，64 KB Flash及22个中断源。只用1块C8051F060芯片即可完成单片机8051的各种控制，多路A/D转换和D/A转换，I2C、SPI数据总线传输，RS232、RS485串口通信等功能，从而大大减少了元器件的种类，缩小了印制板的面积，节约了成本，提高了系统可靠性。而其交叉开关方式的配置，使I/O口应用更加灵活方便。
2AD7674与C8051F060的接口电路
图2为AD7674在高速采集系统中的外围电路和接口电路。外围电路包括电压基准输入的设计、模拟电压输入部分的设计、模拟和数字电源供电的设计及接口电路的设计。接口电路包括AD7674与C8051F060和CPLD的接口。
图2AD7674外围电路和与C8051F060的接口电路
3A/D转换
本文中的AD7674采用NORMAL模式进行数据采样转换。在这种模式下对采样转换之间的时间没有限制，这样可同时保证高的转换精度和采样速率。
CNVST信号控制AD7674转换的开始，一旦转换开始就不能放弃或重新开始，直到转换完成。CNVST信号与CS和RD互不干扰。
AD7674的并口总线宽度可配置为18位、16位或8位。数据既可以在每次转换完成后读出，也可在下一次转换过程中读出，读数据时序如图3所示。然而在转换过程读数据模式中，推荐在前半转换周期读数据，这样可以避免数字接口和模拟转换电路之间潜在的数据冲突。本文采用的是8位并口总线宽度，配置为MODE0=0,MODE1=1，以便于和单片机进行数据传输。
图38位、16位并口读并行数据时序（在转换结束后读数据）
值得注意的是在读取A/D转换数据时，采用转换完毕后读取数据。要保证时序关系正确，一定要在数据转换结束，而下一次转换开始之前把数据读走；假如读取数据时数据转换没有结束或刚启动下一次数据转换，则会造成读取数据错误。本文采用CPLD经由外部有源晶振进行分频，产生转换信号CNVST与读信号RD相关，使得RD信号和CNVST信号同步，从而保证读取的采集数据正确无误。
4软件编程
在软件编制时，首先要对单片机C8051F060进行初始化和对AD7674进行配置，再启动转换信号进行数据转换和读取数据。单片机C8051F060的初始化包括对单片机的I/O端口、交叉开关和系统时钟的初始化。AD7674配置包括转换模式、总线接口数据方式和采样数据存储格式的配置。部分源代码程序如下：
void PORT_Init （void） {// I/O端口和交叉开关初始化
char old_SFRPAGE = SFRPAGE;
SFRPAGE = CONFIG_PAGE;
P0MDOUT |= 0xff;P1MDOUT |=0x00;//允许P1开漏方式,P0、P2、P3口输出为推挽方式
P2MDOUT |=0xff;P3MDOUT |=0xff;
SFRPAGE = old_SFRPAGE;
}
void SYSCLK_Init （void） {// SYSCLK_Init系统时钟初始化
char old_SFRPAGE = SFRPAGE;
int i;
SFRPAGE = CONFIG_PAGE;
OSCXCN = 0x67;//允许外部晶振18.432 MHz
for （i=0; i <5000; i++） ;//延时>1 ms
while （!（OSCXCN & 0x80）） ;//查询XTLVLD位由‘0’变为‘1’ ,等待晶振稳定
RSTSRC = 0x04;//使用时钟丢失检测器复位
CLKSEL = 0x01;//将系统切换到外部晶振
OSCICN = 0x00;//关闭内部晶振
SFRPAGE = old_SFRPAGE;
}
void ad_int（） interrupt 0 {//A/D中断服务函数
EA=0;b_adc=1;
//ADC转换标志位=1：转换完成；0：正在转换
}
void ad_init（） {//AD7674配置
adc_dat=0x8080;
MODE0=0;MODE1=1;
//ADC的采样数据存储格式为高18位
}
void dsp_ad（） {//对采样数据进行处理
if（b_adc） {
adc_data=*adc_dat;
adc_data=adc_data>>14;
volt=8192.0*adc_data/262143-4096.0;
//218=262 144
}
b_adc=0;
}
结语
本文详细介绍了高速率、高精度的18位AD7674与C8051F060之间并口通信的接口电路及其软件设计。该嵌入式数据采集系统设计简洁，在Keil集成开发环境下采用单片机C语言编写、调试完成。由于数据采集系统可应用于各种信号处理系统中，具有很高的推广价值。本文采用的单片机配置灵活，传输速度快，接口采用并口通信，可实现嵌入式数据采集系统高速数据传输；同时AD7674与AD7678、AD7679等18位SAR ADC以及AD7621、AD7623等16位高速SAR ADC引脚相兼容，从而大大增强了系统开发的灵活性和拓展性。