ADS7864

及应用

ADS7864是德州仪器(TI)公司 Burr-Brown产品部最新推出的快速6通道全差分输入的双12位A/D转换器。它能以500kHz的采样率同时进行六通道信号采样。特别适用于马达控制和电力监控。

ADS7864的6路输入通道可分成3对，测量电机控制或电力监控应用的三相，并将模拟信号转换成DSP或微处理器所需的数字信号。输入给片内6个采样-保持放大器的信号经全差分并在ADC输入期间内保持，使其在50kHz时仍能提供高达80dB的良好共模抑制比，对高噪声环境中的输入噪声抑制起到非常重要的作用。ADS7864特有的并行接口能与六个FIFO寄存器连接，便于更快速地捕获数据。各通道输出字(地址和数据)为16位。 * 6通道同时采样 * 全差分输入

* 每个通道转换时间2ms * 保证无失码 * 并行接口 * 低功耗：50mW * 6个FIFO寄存器

芯片的工作原理

ADS7864包含两个可以同时工作的12位A/D转换器。其３个保持信号

(HOLDA,HOLDB,HOLDC)选择输入的多路开关并且启动A/D转换。这３个保持信号同时有效就可以同时保持６路输入信号，转换的数据分别存放在６个寄存器中。

模拟信号输入

模拟信号输入一般有两种方法，即单端输入和差分输入。单端输入时-IN输入端保持在共模电压，+IN输入模拟信号；差分输入时，输入信号的幅值为+IN和-IN输入的差。双极性输入的信号，如±2.5V, ±5V, ±10V,可以通过如下的电路将其转换成0V～5V的输入范围。

启动A/D转换

当保持信号HOLDX变为低电平时，对应的输入信号立即被保持，只要这时ADC是空闲的,即可进行A/D转换。如果这时已有其它的通道处于保持态，则该通道将等待前面的通道完成转换后才能进行 A/D转换。如果在一个时钟周期各通道都处于保持态时，则通道A先转换，接着通道B，最后是通道C。另外，如果一个通道正在进行A/D转换时，该通道又产生了保持有效信号，则这次保持信号无效。

在通道没有启动一次新的转换时，保持信号可以保持低电平，但是要启动一次新的转换时，则要使保持控制信号HOLDX先变为高电平（≥15ns），然后再变为低电平才会有效。

数据输出

ADS7864有16位输出数据线，其中D15表明数据是否有效(有效为“1”)，D14、D13、D12用于表示通道(如表1所示)，其余的D11～D0为该通道转换的数据值。16位输出数据为三态，当微处理器或DSP读数据时，RD、CS控制信号应为低电平。 通道真值表： 数据通道 A0 A1 B0 B1 C0 C1 DB14 0 0 0 0 1 1 DB13 0 0 1 1 0 0 DB12 0 1 0 1 0 1 ADS7864输出数据有３种模式，这是由A2,A1,A0来选择的。如表２所示。 选择通道/模式 A0 A1 B0 B1 C0 C1 循环模式 FIFO模式 A2 0 0 0 0 1 1 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 0 1 0 1 当A2A1A0=000～101时，用于选择一个特定的通道；A2A1A0=110时为循环模式，即读数据的过程为：A0→ A1→ B0→ B1→ C0→ C1→ A0„ A2A1A0=111时为FIFO模式，即先转换的数据先读出。

AD7864在电网监测中的应用

我们在电网监测系统中选用了ADS7864。为了保证电网的安全运行和了解电网运行的状况，需要对电网的各种运行参数(三相电压、电流、有功功率、无功功率等)进行实时检测和分析。以往人们测量三相的６个参数大多是通过多路模拟开关共用一个A/D转换器，这样不仅电路复杂、价格较高，而且还难以避免采样的孔径时间以及器件间影响引起的误差。ADS7864可以使测量电路变得简单，而且能够保证测量的精度和准确性。电路结构如图2所示（实际应用中还扩展了RAM、串行接口等）。

在该电路中，三相的保持信号及控制信号接在一起，保证６个信号的同时采样。AT89C52的数据总线是8位，ADS7864的高8位与低8位分别接到数据总线上，当BYTE引脚接高电平，第一个RD信号有效时，单片机读进低8位数据；第二个RD信号有效时，读进高8位数据。 ADS7864非常适用于马达控制和三相交流电的监测与控制。它和单片机的接口很方便。在电网监测系统中，如果采用DSP，对电网中的高次谐波的分析将更加方便、容易。由于ADS7864转换速度非常快，完全可以在电网监测系统中作为DSP的外部器件使用。■

ADS7864前端调理电路

模数转换器的前端调理电路缩放和平移要采样的信号，通过调理后的信号适合A/D转换器的模拟输入要求。图3是ADS7864一个输入通道的前端调理电路，

ADS7864模拟输入通道的+IN和-IN的最大电压输入范围为-0.3V～+5.3V（ADS7864 +5V供电）。图3的电路中使用了2个运放，A1用作跟随器，用来缓冲ADS7864输出的2.5V基准电压源；A2和四个电阻构成了信号调理网络，适当配置R1～R4电阻可以实现对输入信号Vi的缩放和平移以适合ADS7864模拟通道的输入要求。+IN端的输入电压表示如下：

ADS7864与单片机连接电路

ADS786转换后的结果通过DB0～DB15输出，若将BYTE引脚接高电平，则每个结果分两个字节从DB0～DB7读出，用8位的单片机读取非常的方便。为了避免89C51对ADS7864的干扰，用一片74HC244缓冲器来连接89C51的P0口和ADS7864的DB0～DB7，控制ADS7864的信号/HOLDA～/HOLDC、A0～A2也是通过89C51的P0口输出，用一片74HC373来锁存这些控制信号。图4是89C51与ADS7864的连接电路图，其中略去了其它的一些电路连接。

图4 ADS7864与89C51的连接

系统采用89C51的P2.7寻址ADS7864，地址为8000H，同时用这个地址信号配合89C51的/WR和/RD信号作74HC244和74HC373的使能信号。要求当89C51的/RD=0,P2.7=1时才开启74HC244，读取ADS7864的转换结果；当89C51的

/WR=0,P2.7=1时74HC373才锁存89C51 P0口上的数据信号，实现往ADS7864的控制端写数据，其它时候74HC244和74HC373都是关闭的，这样避免了89C51 P0口上的其它信号对ADS7864的干扰。采用锁存器74HC373来连接89C51和ADS7864的原因是为了在ADS7864转换数据的时候保持/HOLDA～/HOLDC、A0～A2端的电平保持不变，免得影响ADS7864转换数据的精度。74HC244和74HC373的使能信号真值表如下：

根据真值表，可以用图4中的逻辑电路来实现这两个使能信号。系统的最终目标就是获取数据，然后计算得出结果。89C51控制ADS7864转换和读取转换结果的代码如下：

启动转换后，在读取数据前需要延迟的指令周期数需根据89C51和ADS7864的运行速度来决定。

ADS7864在电网数据采集中的应用

王福增，王成海，董建友

(河北大学 电子信息工程学院河北 保定071002)

在电力调度控制系统中，高压三相三线供电系统中一般同步采集2个线电压、2个线电流便可计算出有功和无功功率。而在低压三相四线供电系统则需同时采集三相电压和三相电流才能计算出有功和无功功率。为提高采样速度，对A/D转换速度也提出一定的要求。ADS7864是一种体积小、速度快、性能优良的6通道同时采样的A/D转换器，用他对低压供电系统进行数据采集是很实用的。

ADS7864功能简介

ADS7864是一种高速、低功耗、6通道、同时采样保证无失码的双12位A/D

转换器。主要应用于电机控制、三相电控制等领域。可同时满足系统的精度和实时性要求。其结构及工作原理如下。 1.1结构

ADS7864的结构如图1所示。

其中CHA0+，CHA0-～CHC1+，CHC1-为6个模拟输入通道，每个通道有2个输入管脚。当系统采样后，采样/保持放大器则自动置成保持模式，保持所采样的信号，由通道选择模式A2A1A0的值（如表1所示）决定哪一路的转换结果送往FIFO寄存器输出。

1.2工作原理

ADS7864包含2个同时工作的12位A/D转换器，其中3个保持信号用于选择输入多路开关并且启动A/D转换，3个保持信号同时有效就可以同时采到6路输入信号并将他们保存在保持寄存器，同时顺序启动转换，将转换的结果分别存放在6个寄存器中。6个通道转换完后由单片机顺序读出转换结果，然后再进行下一次采样、转换。 1.2.1模拟信号输入

模拟输入一般有2种方法：单端输入和差分输入。单端输入时-IN输入端保持在共摸电压，+IN输入模拟信号，输入范围由参考信号决定；差分输入时，输入信号的幅值为+IN与-IN输入的差。双极性输入信号可取如±2.5 V，±5 V，±10 V等，其转换电路如图2所示，信号通过转换电路后变为0～5 V的输入。 1.2.2启动A/D转换

当保持信号

变为低电平（≥20 ns），对应通道的输入信号立即被保

持，只要这时ADC是空闲的即可进行A/D转换，如果这时已有其他的通道处于保持状态，则该通道将等待前面的通道完成转换后才能进行A/D转换。如果在同一个时钟周期内各通道都处于保持状态时，则通道CHA先来进行转换，接着是通道CHB，最后是通道CHC。另外如果一个通道在进行A/D转换时，该通道又产生了保持信号，则这次保持信号无效。在通道没有启动一次新的转换时，保持信号可以保持低电平，但是要启动一次新的转换时，则要使保持信号先变为高电平（≥15 ns），然后再变为低电平才会有效。

1.2.3数据输出

ADS7864有16位数据输出线，其中DB15表明数据是否有效（有效为1），DB14，DB13，DB12用于表示通道（如表2），其余的DB11～DB0为该通道转换的数据值。16位输出数据为三态，当读数据时，

控制信号应为低电平，BYTE为高电平时每次读取8位，BYTE

为低电平时每次读取16位。

2电网的数据处理

在电力调度控制系统中，由于要计算电网电压的有效值、电流的有效值、有功功率及视在功率，他们的计算公式如下： 电压有效值：

其中：n为一个周期内的采样次数，u0,u1,u2,…,un-1和i0，i1，i2，，…，in-1分别为一个周期内等间隔采样的各点电压值和电流值，电压为三相电中每相的电压Ua，Ub，Uc，电流为每个相线的电流Ia，Ib，Ic。

利用Ua，Ub，Uc和Ia，Ib，Ic可计算出有功功率：

3硬件实现电路

本系统单片机采用89C51，他和ADS7864的接口如图3所示。

系统模拟输入采用双极性输入，如图2所示，A2A1A0赋110时采用循环模式，

保持信号变低作为转换开始（启动A/D转换），片选信号由译码电路控制，

为转换指示信号，为高电平时表示转换正在进行，变低表示转换结束。他与单片机中断口相连，以判断转换结束读取数据。BYTE固定为高电平使转换器设置为8位数据读操作，

第1次有效读CHA0低8位，第2次有效读CHA0高8

位，完成一个通道数据的读取。然后依次读取CHA1低8位，CHA1高8位，最后为CHC1低8位，CHC1高8位等。

为了保证系统运行安全可靠，系统中加入“看门狗”电路，由MAX706作为“看门狗”电路，他成本低、使用简单、稳定可靠。当程序运行出错或死锁时，可保证系统可靠安全复位。

4软件设计

根据设计电路编写程序，程序流程图如图4所示。程序开始运行时，先启动“看门狗”电路，然后确定ADS7864 的工作模式（即数据采集方式），然后启动A/D转换，转换结束后由CPU 读取数据并存放在外存储器中，再进行下一次采集及A/D转换。当转换完一个周期的信号后便计算出电压有效值、电流有效值、有功功率及视在功率。计算结果由单片机串口输出，然后再进行下一周期的处理，如此循环。

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