ADS1256在高精度数据采集系统的应用

地质探测系统采用32位浮点TMS320C6713做控制器，利用其高度优化的处理器结构和独特的指令系统，对ADS1256采集到的数据进行高效实时的控制、分析与处理。

芯片介绍

ADS1256的内部结构如下图所示，该器件主要由模拟多路开关（MUX）、输入缓冲器（BUF）、可编程增益放大器（PGA）、四阶△一￡调制器、可编程数字滤波器、时钟发生器、控制器和串行SPI接口等组成。可适合于采集最高频率只有几千赫兹的地质探测系统中，数据输出速率最高可为30K采样点／秒（SPS），有完善的自校正和系统校正系统。2400MIPS/1800MFLOPS的定点和浮点运算，片内集成两个乘法器，运算能力达到600MMACS，在本系统中采用了多路AD采集，因而TMS320C6713可极大地满足系统对信号处理实时性的要求。并且TMS320C6713有两个互相独立的MCBSPS口，可以配置为SPI口与ADS1256进行读写和控制。

ADS1256内部结构图

设计方案

我们在系统中采用多个ADS1256并行工作，每个ADC共享系统时钟，保证了每个ADC对输入进行同步采样。为了筒化硬件接口，系统中只有到一个中断引脚。在这里只给出DSP和其中一个ADC的原理图。ADS1256通过SPI串行数字接口和DSP的多通道缓冲串口（MCBSP）进行通信。

系统原理图

DSP与ADS1256接口设计

1．ADS1256设计要点

ADS1256的设计要点主要包括内部参数设置和串口的配置。ADS1256工作过程的建立主要通过对11个独立寄存器的设置来完成，这些寄存器包括了所有需要设置的信息，如采样速度、模拟多路开关、PGA设置、I／ｏ选择、自校准等。表1给出了ADS1256的主要寄存器状态，其中包括：状态寄存器ｓ，rAll7S、模拟多路开关寄存器MUX，ADTMS320C6713在300MHz的时钟频率下实现控制寄存器ADCON和数据速度寄存器DRATE。

表1ADS1256主要寄存器状态

ADS1256采用四线制（时钟信号线SCLK，数据输入线DIN、数据输出线DOUT和／CS）SPI通信方式。ADS1256只能工作在SPI通信的从模式下，设计时可以通过DSP来控制ADS1256片上的寄存器，并通过串EL读写这些寄存器。串口通讯时，必须保持／CS为低电乎。DRDY引脚用来表明转换是否已经完成，DRDY为低表明转换已经完成。在SPI通信过程中，可同步地发送和接收数据，而且数据也可利用SCLK和DIN、DOUT信号同步移动，SCLK信号要尽量保持干净以免发生数据错误，在SCLK的下降沿，可通过DIN向ADS1256发送数据，而在SCLK的上舟沿，可通过DOUT从ADS1256读取数据。图３所示为SPI通讯时序关系。

2．硬件设计

在TMS320C6713中有2个多通道缓冲串口（MCBSP），它是一种同步串行接口，支持多种通信方式和SPI协议。SPI协议是一种4根信号线的串行接口协议，包括主／从两种模式，通过串行数据输入、串行数据输出、移位时钟、从设备使能等四个接口信号完成串行通信。MCBSP在设定为时钟停止模式时，可以兼容SPI协议，MCBSP支持两种2种SPI传输格式，可以通过对寄存器SPCR的CLKSTP位操作来设置。

ADS1256提供了一个SPI串行数字接口，可以灵活方便地和DSP进行通信，图4给出了ADS1256与DSP相连的方式。ADS1256的SPI串行接口工作在从模式下，SPI的串行时钟（SCLK）由DSP供给，片选信号（／CS）为低时SPI通信才有效。数据有效信号（／DRDY）用来指示数据转换是否完成，它在数据转换过程中为高电平，一且数据结果有效则变成低电平，所以该信号常与DSP的某中断输入（／INT）相连，以便让DSP及时响应来读取转换好的 数据。值得一提的是，／DRDY信号在ADC的工作参数发生改变或正在进行校正的时候以及复位之后也会处于高电平状态，直到转换数据再次有效。DSP控制ADS1256的所有命令都是通过这个SPI串行接口的数据输入端（DIN）输送到ADS1256星去的。在ADS1256内部有一系列寄存器，这些寄存器控制着ADC具体的工作参数，由SPI接口传来的各种命令就是通过控制和更改相应的寄存器的值来间接控制ADS1256的工作状态。当然，是有一些特定的字符来作为命令字的。

３．软件设计

首先对TMS320C6713串口的配置和ADS1256通信数据的设置，串口通信字模块如图5所示。DSP内部产生1MHz的串口时钟，串口通信字长32位，分别为8位指令字节和24位数据字节。帧同步信号FSXO设为低有效，在每个串口通信字发送前一个CLKR0产生。FSXO和数据均在CLKR0下降沿送出，持续一个串口时钟周期，以便ADS1256在上升沿有效采样。