2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用PIC16F84A作為處理機(jī)，它是Microchip公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)。內(nèi)部程序存儲(chǔ)器是1K×14E2PROM，可重復(fù)電擦寫；13個(gè)可獨(dú)立編程的雙向I/O引腳，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)；含片內(nèi)自振式看門狗；與51系列單片機(jī)相比具有同等晶振頻率下速度快的特點(diǎn)，而且功耗極低，5V電壓4MHz晶振時(shí)小于2mA，在3V電壓32kHz晶振時(shí)小于15μA。

　　系統(tǒng)采用MAX198作為多路開關(guān)，并配有MAX233，可以同計(jì)算機(jī)串口相連，將采樣數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至計(jì)算機(jī)以便觀測(cè)。為了降低功耗，本系統(tǒng)使用的是外部基準(zhǔn)電壓源，即用ADR291作為2.5V基準(zhǔn)電壓輸出，用REF196作為3.3V參考電壓輸入。這樣可以使ADS1212的功耗降低約3mA。

　　2.1 電源電路

　　由于本系統(tǒng)采樣精度高，所以電源電路的噪聲必須特別小。本系統(tǒng)采用MAX666作+5V電壓的穩(wěn)壓芯片，MAX664作-5V電壓的穩(wěn)壓芯片。根據(jù)ADS1212的特殊要求設(shè)計(jì)的電源電路如圖2所示。

　　2.2 信號(hào)輸入電路

　　信號(hào)輸入電路如圖3所示。輸入信號(hào)通過多路開關(guān)選擇，然后經(jīng)過跟隨器輸出，再通過電阻網(wǎng)絡(luò)輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端。為了使系統(tǒng)的噪聲對(duì)采樣的影響達(dá)到最小，ADS1212差分輸入的負(fù)端接到2.5V基準(zhǔn)電壓處。這是因?yàn)锳DS1212的輸入端的輸入電壓不能大于電源電壓，且不能小于零。輸入信號(hào)在-5V～+5V內(nèi)變化時(shí)，通過計(jì)算可知AINP處的電壓范圍為1.25V～3.75V，2.5V對(duì)應(yīng)的是零點(diǎn)，而AINN接2.5V電壓基準(zhǔn)，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)地信號(hào)的采樣轉(zhuǎn)換。

　　2.3 ADS1212與PIC16F84A的接口電路

　　ADS1212與PIC16F84A的接口采用四線制通信方式，如圖4所示。ADS1212的DRDY與PIC16F84的RB0相連，即采用外部中斷方式讀取采樣數(shù)據(jù)結(jié)果。采樣數(shù)據(jù)由SDOUT輸出，命令數(shù)據(jù)由SDIO輸入，SCLK作為同步時(shí)鐘，同時(shí)PIC16F84A還留有兩根口線與MAX233相連，在需要的時(shí)候可完成與計(jì)算機(jī)通訊。根據(jù)采集需要，本系統(tǒng)將ADS1212設(shè)置為從動(dòng)方式，（即Slave方式），片選端接地，而同步信號(hào)輸入端DSYNC接高電平。

　　本系統(tǒng)是一個(gè)水下弱磁信號(hào)的測(cè)量處理裝置。軟件主要包括系統(tǒng)復(fù)位初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。由于A/D轉(zhuǎn)換控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊與具體應(yīng)用密切相關(guān)，即于篇幅在此不作重點(diǎn)介紹。這里只介茹系統(tǒng)復(fù)位實(shí)始化模塊。

　　系統(tǒng)復(fù)位初始化模塊包括單片機(jī)端口初始化、ADS1212工作狀態(tài)初始化等。筆者認(rèn)為對(duì)于ADS1212的初始化完成后，應(yīng)讀出命令寄存器CMR中的一些字節(jié)，與寫入的數(shù)值進(jìn)行比較，以確認(rèn)是否初始化正確，本系統(tǒng)中就是讀出CMR3進(jìn)行比較的。這里需要指出的是，不能用讀出CR2進(jìn)行比較，因?yàn)锳DS1212的工作模式已經(jīng)改變，比較肯定會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。如下是軟件復(fù)位程序片段：

　　START：CALL PORTINIT ；調(diào)用端口初始化子程序

　　MOVLW 64H ；WR_CMR=64H

　　MOVWF INSR

　　MOVLW 44H ；CMR3=22H（00100010B）雙極性信號(hào)輸入

　　MOVWF CMR3

　　MOVLW 14H ；CMR2=28H（00101000B，自校準(zhǔn)模式，G=4）

　　MOVWF CMR2

　　MOVLW 1AH ；CMR1=58H（加速因子TMR=4）

　　MOVWF CMR1

　　MOVLW 96H ；CMR0=69H（DR=1869H，DATA RATE=10Hz）

　　MOVWF CMR0

　　CALL SPISCW

　　MOVLW 0E4H ；讀CMR寄存器

　　MOVWF INSR

　　CALL SPISCRD ；通信是否正常

　　MOVF CMR3，0

　　XORLW 44H

　　BTFSS 3，2

　　GOTO START ；通信不正常，返回繼續(xù)

　　CALL PSCONVT ；進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

　　采用ADS1212加PIC16F84A及微功耗基準(zhǔn)ADR291、REF196，實(shí)現(xiàn)了高精度微功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)工作電流為1.6～1.9mA，采樣精度可達(dá)20位。

　　信號(hào)輸入電路采用差分輸入，其負(fù)端接2.5V基準(zhǔn)電壓，有效降低了系統(tǒng)噪聲對(duì)采樣結(jié)果的影響。

　　PIC16F84A具有微功耗的特點(diǎn)，但缺少通訊接口，通過軟件成功開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)異步串型通訊接口。

　　該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于水下弱磁信號(hào)的檢測(cè)與處理。