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基于STM32F103驅(qū)動ADS8688模塊 8通道SAR/ADC數(shù)據(jù)采集信號

jf_88434166 ? 來源:jf_88434166 ? 作者:jf_88434166 ? 2025-11-10 16:32 ? 次閱讀
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一、ADS8688模塊簡介

ADS8688是一款8通道集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),基于16位逐次逼近(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC),工作時的吞吐量可達(dá)500kSPS。器件提供了用于各輸入通道的集成模擬前端電路(過壓保護(hù)高達(dá)+20V)、支持自動和手動兩種掃描模式的8通道多路復(fù)用器、以及低溫度漂移的片上4.096V基準(zhǔn)電壓。采用5V單模擬電源供電時,器件上的各輸入通道均可支持±10.24V、 ±5.12V和2.56V的實際雙極輸入范圍以及0V到 10.24V和0V到5.12V的單極輸入范圍。模擬前端在所有輸入范圍內(nèi)的增益均經(jīng)過精確微調(diào),以確保高直流精度。輸入范圍的選擇可通過軟件進(jìn)行編程,各通道輸入范圍的選擇相互獨(dú)立。該器件提供了一個1M Ω的恒定阻性輸入阻抗。
特性

  • 分辨率:16位 SAR ADC
  • 通道數(shù):8 路單端輸入通道(支持多種模擬量程)
  • 支持自動和手動兩種掃描模式的8通道多路復(fù)用器(MUX)
  • 通道的可編程輸入范圍:
    雙極:±10.24V、±5.12V和±2.56V
    單極:0V到10.24V和0V到5.12V
  • 供電電源:DC 5V
  • 內(nèi)部基準(zhǔn):4.096V 精密基準(zhǔn)電壓
  • 接口:SPI接口
  • 恒定的阻性輸入阻抗:1MQ
  • 500kSPS的總吐
  • 差分非線性(DNL):±0.5最低有效位(LSB)
  • 最大積分非線性(INL):±0.75LSB
  • 信噪比(SNR):92dB
  • 總諧波失真(THD): -102dB
  • 低功耗:65mW

在這里插入圖片描述

二、模塊接口和引腳說明


RST復(fù)位引腳,低電平復(fù)位
CSSPI 片選
SDISPI 數(shù)據(jù)輸入
SDOSPI 數(shù)據(jù)輸出
CLKSPI 時鐘輸入
DAISY以菊花鏈模式鏈接串行通信期間的數(shù)據(jù)輸入

簡單說明,菊花鏈就是把多個 SPI 設(shè)備像一串項鏈那樣串在一起,讓主機(jī)用同一組時鐘(SCLK)、主出數(shù)據(jù)(MOSI)和片選(CS)一次性把命令“推”進(jìn)整串設(shè)備,同時一次性從整串讀出它們的輸出。好處是省線、接線簡單;壞處是需要按“鏈序”拼裝命令與解析數(shù)據(jù),延遲和故障傳播要注意。
用比喻理解,把每個 SPI 設(shè)備想像成一個移位寄存器,它有一個輸入口(SDI / MOSI),一個輸出口(SDO / MISO),當(dāng)主機(jī)每打一位時,這個寄存器就“向右”推一位,最右邊的位就從 SDO 輸出。把多個這樣的寄存器串起來(SDO? → SDI? → SDO? → SDI? …),就是菊花鏈。主機(jī)只需一套 MOSI / SCLK / CS 就能同時對整串設(shè)備“打包”發(fā)送/讀取數(shù)據(jù) —— 數(shù)據(jù)會在各設(shè)備間被逐位傳遞。
讀寫順序記住這一句就夠:“發(fā)送順序 = 鏈尾 → … → 鏈?zhǔn)?;讀取順序 = 鏈尾 → … → 鏈?zhǔn)??!?/p>

三、功能框圖和時序圖



其中下圖為菊花鏈模式的連接示意和時序圖,以及操作模式的轉(zhuǎn)換圖

四、ADC傳遞函數(shù)

ADS8688 為多通道器件,所有輸入通道均支持單端、雙極性和單極性輸入范圍。對于雙極性和單極性輸入范圍,器件的輸出均為標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制格式。所有模擬通道的輸出代碼格式相同。圖 69 顯示了每個 ADC 通道在所有輸入范圍內(nèi)的理想傳輸特性。每個輸入信號的滿量程范圍 (FSR) 等于正滿量程 (PFS) 輸入電壓與負(fù)滿量程 (NFS) 輸入電壓之差。由于 ADC 的分辨率為 16 位,因此 LSB 大小等于 FSR / 216 = FSR / 65536。對于參考電壓 VREF = 4.096 V,表 4 列出了與不同輸入范圍對應(yīng)的 LSB 值。
ADC 輸出為 16 位無符號值,但表示的電壓與配置的輸入范圍相關(guān)。ADC換算公式:
輸入電壓 = (ADC輸出值-32767) x 量程 / 65535
例:若量程為 ±10.24V,對應(yīng)范圍為 20.48V,ADC 輸出值為 65535 → 電壓 = (65535-32767) × 20.48 / 65535 ≈ 10.24V,ADC 輸出值為 0 → -10.24V;65535 → +10.24V,32768為中點(diǎn)碼 = 0V 。注意:當(dāng)量程為單極性時,則無需減去32767。

五、STM32F103驅(qū)動ADS8688模塊采集信號

準(zhǔn)備工作

STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板、ADS8688 ADC采集模塊、USB轉(zhuǎn)TTL,輸入信號源和導(dǎo)線若干。

引腳接線

STM32F103C8T6ADS8688
外部DC 5V電源VIN
外部DC 5V電源負(fù)GND
PA0SDI
PA1RST
PA2DAISY
PA3CLK
PA4CS
PA5SDO
PA9USB轉(zhuǎn)TTL-RX
PA10USB轉(zhuǎn)TTL-TX

代碼示例

ads8688.c

/**********************************************************
本程序僅供學(xué)習(xí)使用,未經(jīng)作者許可,不得用于其它任何用途										 
功能:ADS8688,16位AD
			顯示:12864cog
接口:接口請參照ads8688.h  可直接連接本店主控板TLV5608接口
時間:2020/12/13
版本:0.2
作者:康威電子
其他:本程序自做模塊功能驗證,以便快速測試模塊好壞。
			如需進(jìn)行性能驗證,請自行編程.更換高速MCUFPGA實現(xiàn)高速采集?。。?!
**********************************************************/
#include "stm32f10x.h"
#include "ads8688.h"
#include "delay.h"

/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: ADS8688_IO_Init
*	功能說明: ADS8688 IO口初始化
*	形    參: 無
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void ADS8688_IO_Init(void)	   //ADS8688 IO口初始化
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	 //使能端口時鐘

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;				 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽輸出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; 
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	DAISY_L;
	CS_H;
  RST_H;	
	CLK_L;
	delay_ms(5);
}
/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: ADS8688_Init
*	功能說明: ADS8688初始化
*	形    參: 無
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void ADS8688_Init(uint8_t ch_en)	   //ADS8688初始化
{
	ADS8688_IO_Init();
	SOFT_RESET(); //復(fù)位
	delay_ms(25);
  Set_Auto_Scan_Sequence(ch_en);//使能通道
	ADS8688_WriteReg(CH_PD,~ch_en);//通道退出低功耗狀態(tài) 通道上電
	delay_ms(50);
	while(ADS8688_ReadReg(AUTO_SEQ_EN)!=ch_en)//是否使能成功
	{
		Set_Auto_Scan_Sequence(ch_en);//使能通道
		ADS8688_WriteReg(CH_PD,~ch_en);//通道退出低功耗狀態(tài) 通道上電
		delay_ms(50);
	}		
}

/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: ADS8688_SPI_Read8Bit
*	功能說明: 從SPI總線讀8個bit數(shù)據(jù)。 不帶CS控制。
*	形    參: 無
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
uint8_t ADS8688_SPI_Read8Bit(void)
{
	uint8_t i=0;
  uint8_t read=0;
  for(i=0;i< 8;i++)
  {
    read< <=1;
    CLK_H;
		delay_us(100);
    if(READ_SDO) read++;
    CLK_L;
		delay_us(100);
  }
  return read;
}
/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: ADS8688_SPI_Write8Bit
*	功能說明: 向SPI總線寫8個bit數(shù)據(jù)。 不帶CS控制。
*	形    參: data : 數(shù)據(jù)
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void ADS8688_SPI_Write8Bit(uint8_t data)
{
	uint8_t i=0;
  CS_L;
  for(i=0;i< 8;i++)
  {
    if(data&0x80)	SDI_H;
    else	SDI_L;
		data< <=1;
    CLK_H;
		delay_us(100);
    CLK_L;
		delay_us(100);
  }
}
/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: ADS8688_WriteCmd
*	功能說明: 寫命令寄存器
*	形    參:  cmd : 命令
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void ADS8688_WriteCmd(uint16_t cmd)//寫ADS8688命令寄存器
{
  CS_L;
  ADS8688_SPI_Write8Bit(cmd >>8 & 0XFF);
  ADS8688_SPI_Write8Bit(cmd & 0XFF);
	ADS8688_SPI_Write8Bit(0X00);
	ADS8688_SPI_Write8Bit(0X00);
  CS_H;
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: SOFT_RESET
*	功能說明: 軟件復(fù)位
*	形    參: 無
*	返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void SOFT_RESET(void)//軟件復(fù)位
{
  ADS8688_WriteCmd(RST);
}

/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: AUTO_RST_Mode
*	功能說明: 自動模式
*	形    參: 無
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void AUTO_RST_Mode(void)//自動掃描模式
{
  ADS8688_WriteCmd(AUTO_RST);
}
/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: MAN_CH_Mode
*	功能說明: 手動模式通道選擇
*	形    參:  ch : 要選擇的通道
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void MAN_CH_Mode(uint16_t ch)//手動模式
{
  ADS8688_WriteCmd(ch);	
}

/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: ADS8688_ReadReg
*	功能說明: 讀指定的寄存器
*	形    參:  addr : 寄存器地址
*	返 回 值: data : 讀到的寄存器值。
**********************************************************************************************************/
uint8_t ADS8688_ReadReg(uint8_t addr)
{
  uint8_t data = 0;
  CS_L;
  ADS8688_SPI_Write8Bit(addr< 1);
  data = ADS8688_SPI_Read8Bit();
  data = ADS8688_SPI_Read8Bit();
  CS_H;
  return data;
}
/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: ADS8688_WriteReg
*	功能說明: 寫指定的寄存器
*	形    參:  addr : 寄存器地址
*			  		data : 寄存器值
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void ADS8688_WriteReg(uint8_t addr,uint8_t data)
{
  CS_L;
  ADS8688_SPI_Write8Bit(addr< 1| 0X01);
  ADS8688_SPI_Write8Bit(data);
  CS_H;
}
/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: Set_Auto_Scan_Sequence
*	功能說明: 設(shè)置自動掃描序列通道
*	形    參:  seq:需要設(shè)置自動掃描序列使能寄存器的值
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void Set_Auto_Scan_Sequence(uint8_t seq)	
{
	ADS8688_WriteReg(AUTO_SEQ_EN, seq);
}
/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: Set_CH_Range
*	功能說明: 設(shè)置指定通道測量范圍
*	形    參:  ch : 通道
*			  		range : 測量范圍
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void Set_CH_Range(uint8_t ch,uint8_t range)
{
  ADS8688_WriteReg(ch,range);
}

/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: Get_AUTO_RST_Mode_Data
*	功能說明: 讀取自動掃描模式AD值
*	形    參:data : 數(shù)據(jù)指針
*			  	chnum : 通道個數(shù)
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
void Get_AUTO_RST_Mode_Data(uint16_t *data, uint8_t chnum)
{
  uint8_t i=0,datal=0,datah=0;
  for (i=0; i< chnum; i++)
  {
    CS_L;
    ADS8688_SPI_Write8Bit(0X00);
    ADS8688_SPI_Write8Bit(0X00);
    datah = ADS8688_SPI_Read8Bit();
    datal = ADS8688_SPI_Read8Bit();
		//delay_ms(1);
    CS_H;
    *(data+i) = datah< 8 | datal;
  }
}
/**********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: Get_MAN_CH_Mode_Data
*	功能說明: 讀取手動模式AD值
*	形    參: 無
*	返 回 值: 無
**********************************************************************************************************/
uint16_t Get_MAN_CH_Mode_Data(void)
{
  u8 datah=0,datal=0;
  CS_L;
  ADS8688_SPI_Write8Bit(0X00);
  ADS8688_SPI_Write8Bit(0X00);
  datah = ADS8688_SPI_Read8Bit();
  datal = ADS8688_SPI_Read8Bit();
  CS_H;
  return (datah< 8 | datal);
}

main.c

/**********************************************************
本程序僅供學(xué)習(xí)使用,未經(jīng)作者許可,不得用于其它任何用途										 
功能:ADS8688,16位AD 8通道自動掃描采集   使用芯片內(nèi)部基準(zhǔn)4.096V 
			顯示:12864cog
接口:接口請參照ads8688.h  可直接連接本店主控板TLV5608接口
時間:2020/12/13
版本:0.2
作者:康威電子
其他:本程序只做模塊功能驗證,以便快速測試模塊好壞。
			如需進(jìn)行性能驗證,請自行編程.更換高速M(fèi)CU或FPGA實現(xiàn)高速采集?。。?!
			
			當(dāng)選擇量程為雙極性時,0V對應(yīng)32767,因此V=(ADC值-32767)*量程/65535;當(dāng)量程為單極性時,則無需減去32767。
**********************************************************/
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "usb_lib.h"
#include "math.h"
#include "hw_config.h"
#include "string.h"
#include "stdlib.h"
#include "ads8688.h"
/**********************************************************
* 函數(shù)功能 --- > USB連接/斷開
* 入口參數(shù) --- > usb_sw:USB開啟/關(guān)閉控制。0:關(guān)閉
*                                         1:打開
* 返回數(shù)值 --- > none
* 功能說明 --- > none
**********************************************************/	   
void USB_Port_Set(u8 usb_sw)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    //使能PORTA時鐘
		   	 
	if(usb_sw)	_SetCNTR(_GetCNTR()&(~(1< 1)));//退出斷電模式
	else
	{	  
		_SetCNTR(_GetCNTR()|(1< 1));  // 斷電模式
		GPIOA- >CRH &= 0XFFF00FFF;
		GPIOA- >CRH |= 0X00033000;
		PAout(12) = 0;	    		  
	}
}
 	
int main(void)
{
	uint8_t i=0;
	char infoBackPC[64];
	uint16_t value[9];

	SystemInit();
	delay_init(72);	     //延時初始化
	uart_init(9600);   //串口初始化
	
	delay_ms(1000);
	USB_Port_Set(0); 	//USB先斷開
	delay_ms(600);
	USB_Port_Set(1);	//USB再次連接
	USB_Config();
	
	ADS8688_Init(CH0_EN|CH1_EN|CH2_EN|CH3_EN|CH4_EN|CH5_EN|CH6_EN|CH7_EN);//ADS8688初始化
	Set_CH_Range(CHIR_0,ADS8688_IR_N2_5V);
	Set_CH_Range(CHIR_1,ADS8688_IR_N2_5V);
	Set_CH_Range(CHIR_2,ADS8688_IR_N2_5V);
	Set_CH_Range(CHIR_3,ADS8688_IR_N2_5V);
	Set_CH_Range(CHIR_4,ADS8688_IR_N2_5V);
	Set_CH_Range(CHIR_5,ADS8688_IR_N2_5V);
	Set_CH_Range(CHIR_6,ADS8688_IR_N2_5V);
	Set_CH_Range(CHIR_7,ADS8688_IR_N2_5V);//設(shè)置通道輸入范圍:±10.24V   ±2.5*ref  ref=4.096V  
	AUTO_RST_Mode();//進(jìn)入自動掃描模式

	while(1)
	{
		delay_ms(10);
		
		//手動采集
//		MAN_CH_Mode(MAN_CH_0);
//		value[0]=Get_MAN_CH_Mode_Data();//讀取通道數(shù)據(jù),
//		MAN_CH_Mode(MAN_CH_1);
//		value[1]=Get_MAN_CH_Mode_Data();//讀取通道數(shù)據(jù)
//		MAN_CH_Mode(MAN_CH_2);
//		value[2]=Get_MAN_CH_Mode_Data();//讀取通道數(shù)據(jù),
//		MAN_CH_Mode(MAN_CH_3);
//		value[3]=Get_MAN_CH_Mode_Data();//讀取通道數(shù)據(jù)
//		MAN_CH_Mode(MAN_CH_4);
//		value[4]=Get_MAN_CH_Mode_Data();//讀取通道數(shù)據(jù),
//		MAN_CH_Mode(MAN_CH_5);
//		value[5]=Get_MAN_CH_Mode_Data();//讀取通道數(shù)據(jù)
//		MAN_CH_Mode(MAN_CH_6);
//		value[6]=Get_MAN_CH_Mode_Data();//讀取通道數(shù)據(jù),
//		MAN_CH_Mode(MAN_CH_7);
//		value[7]=Get_MAN_CH_Mode_Data();//讀取通道數(shù)據(jù)
//		MAN_CH_Mode(MAN_AUX);
//		value[8]=Get_MAN_CH_Mode_Data();//采集AUX通道 	AUX電壓=value[8]*4096/65535    此通道直接輸入至ADC,無內(nèi)部PGA,輸入范圍為0-4.096V。
		
		//自動采集
		Get_AUTO_RST_Mode_Data(value,8);//自動掃描模式,自動掃描并轉(zhuǎn)換8通道。數(shù)據(jù)存在value數(shù)組中
		
		for(i = 0; i < 4; i++)//發(fā)送
		{		
			sprintf(infoBackPC, "AIN%d=%06dmV  AIN%d=%06dmV  ",i*2+1,(int16_t)((value[i*2]-32767)*CONST_N2_5V_LSB_mV),i*2+2,(int16_t)((value[i*2+1]-32767)*CONST_N2_5V_LSB_mV));	
			USB_TxWrite((uint8_t*)infoBackPC, strlen(infoBackPC)); //usb發(fā)送
			printf("%s",infoBackPC);  //串口發(fā)送	
		}
		USB_TxWrite("rn", 2); //usb發(fā)送
		printf("rn");  //串口發(fā)送			
	}		
}

效果展示

IN1接GND,IN2接2.47V,IN3接3.31V,IN4接4.94V,IN5接-5.05V,IN6-8懸空。

六、常見問題和注意事項

常見問題:
Q:模塊可測量負(fù)電壓嗎?
A:可以,當(dāng)量程選擇為雙極性時,即可測量負(fù)電壓。
Q:最大值是65535嗎?怎樣換算成電壓?
A:是的,當(dāng)選擇量程為雙極性時,0V對應(yīng)32767,因此V=(ADC值-32767)* 量程/65535;當(dāng)量程為單極性時;則無需減去32767。
Q:每個通道是否獨(dú)立具有500KSPS數(shù)據(jù)更新率?
A:ADS8688的最大總吞吐量為500KSPS。每個通道的吞吐量取決于在多路復(fù)用器掃描序列中選擇的通道數(shù)。如果僅選擇兩個通道,則每個通道的吞吐量等于250KSPS,如果選擇了四個通道,則等于每個通 道125KSPS,依此類推。
Q:AUX與其他通道有什么區(qū)別?
A:AUX通道在芯片內(nèi)部通過多路復(fù)用器直接與高精度16位ADC的連接;由于沒有前端PGA,因此AUX通道僅支持0V至VREF的單極性輸入范圍。
Q:每個通道是否可獨(dú)立配置輸入范圍?
A:ADS8688每個通道均有PGA,因此可獨(dú)立配置輸入范圍與極性。
Q:比如給一個電壓:2.1234V的一個電壓讓模塊去一直采集,它的結(jié)果是怎樣的?數(shù)值會跳動嗎?
A:數(shù)據(jù)肯定是有跳動的,這個不是單一條件決定的,電源紋波噪聲,線材過長等因素都會對其造成影響。
Q:ADS8688采集小電壓信號不準(zhǔn),是什么情況?
A:可能是量程范圍配置過大,可根據(jù)自己要采集的信號范圍合理設(shè)置芯片量程范圍(PGA)。
Q:模塊正常驅(qū)動后,沒有接電壓的管腳顯示也有電壓,正常嗎?
A:模塊默認(rèn)是8通道一直采集的,在沒有接入電壓的時候也會采集到管腳上的浮空電壓,可將管腳直接接地,即為0電壓。

注意事項:
(1)模塊為低功耗模塊,建議供電電源不超過5.25V。
(2)由于模塊是高精度器件。為了避免不必要的干擾,建議使用線性電源供電。
(3)輸入輸出信號線建議盡量短,過長容易引入噪聲信號。接觸不良或劣質(zhì)的線材可能導(dǎo)致信號衰減或者噪聲過大。
(4)如需簡單測試模塊功能,建議搭配本店控制板使用,正確接線后給控制板供電即可實現(xiàn)信號采集顯示。

審核編輯 黃宇

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