AD7779软硬件设计及外部ADC信号转换应用+适用于断路器、通用数据采集、脑电图(EEG)和工业过程控制

简介：
本文档深入探讨了AD7779芯片在软件与硬件层面的设计细节，详述其在外围ADC信号转换中的应用，并展示了该技术在断路器、通用数据采集、脑电图（EEG）以及工业流程控制等领域的广泛应用。 本段落档详细介绍了基于8通道、24位同步采样ADC-AD7779芯片的软硬件设计方案，涵盖了从原理图到软件编码的具体步骤，并提供了AD7779正常使用所需初始化寄存器及其默认值的信息，以及数据读取过程和模式切换方法。该方案适用于温度测量、压力检测等多种模拟信号的数据采集任务。 ### AD7779软硬件设计方案详解 #### 一、AD7779芯片概述 AD7779是一款高性能的8通道24位同步采样模数转换器（ADC），具备高度集成化的特点，适用于温度测量和压力检测等模拟信号的数据采集任务。该芯片内置了8个Σ-Δ型ADC，并且每个通道都配备了可编程增益放大器（PGA），提供1倍、2倍、4倍和8倍的增益选择，能够将低幅度传感器输出放大至满量程输入范围，从而最大化信号链路的动态范围。 ##### 特性概览： - **采样模式**：支持单端或真差分输入。 - **可编程增益放大器**：每个通道均可独立调整增益设置，适用于不同类型的传感器接口需求。 - **低直流输入电流**：约为±4nA，有助于减少外部噪声的引入。 - **输出数据速率**：最高可达16kSPS（每秒千次采样）。 - **采样率转换器**：支持高达15.2μSPS的分辨率，适用于需要高精度和低延迟的应用场景。 - **滤波路径**：内置低延迟sinc3滤波器，提供良好的抗混叠性能。 - **相位同步功能**：支持可调相位同步设置，便于多设备间的协同操作。 - **内部基准电压源**：提供2.5V的内部参考电压，简化电源设计需求。 - **功耗模式选择**：支持高分辨率和低能耗两种工作模式，可根据应用场景进行灵活配置。 - **诊断功能**：内置低分辨率逐次逼近型（SAR）ADC用于系统及芯片级自检。 - **温度范围适应性**：工作环境温度范围为-40°C至+105°C，适用于恶劣条件下的部署。 #### 二、硬件设计要点 AD7779的硬件设计主要涉及与单片机通过SPI接口进行通信的设计以及电路板布局中的注意事项。 ##### 2.1 SPI通信接口设计 为了实现寄存器初始化配置和数据读取功能，AD7779需要通过SPI接口与单片机通讯。具体地： - **模式**：全双工主机模式。 - **数据长度**：8位。 - **时钟极性和相位设置**：低电平的SPI时钟极性及第一边缘（mode2）的相位配置。 - **NSS控制方式**：采用软件控制方法来管理从设备选择信号线(NSS)的状态变化。 - **波特率预分频器**：使用SPI_BAUDRATEPRESCALER_4作为波特率预分频器。 以STM32F103为例，其具体的SPI配置代码如下： ```c hspi1.Instance = SPI1; hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT; hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE; hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; hspi1.Init.CRCPolynomial = 10; if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } ``` ##### 2.2 PCB设计注意事项 在PCB设计过程中需要特别注意以下几点： - **屏蔽措施**：为了减少外界电磁干扰，建议围绕AD7779周围布置地平面作为屏蔽层。 - **地线处理**：数字地和模拟地虽然不需要完全隔离但应尽量避免相互间的干扰。 #### 三、软件设计 软件设计主要包括对AD7779的初始化配置以及数据读取流程的设计实现。 ##### 3.1 初始化步骤 在进行初始化时，需要执行SPI接口初始化、硬件复位及寄存器设置等操作： - **SPI接口初始化**：参考上文介绍。 - **硬件复位**：通过拉低再拉高AD7779的