串行及并行A/D转换器在高速数据采集中的采样差别性分析

　　1 引言

　　A/D转换器是一种数据采集中常用的模拟-数字信号转换元件，按转换原理可以分为逐次逼近型、双积分型等;按接口方式可分为串行和并行接口类型;按分辨率又可分为8、12、14、16、18等多种类型。转换时间是A/D转换应用中一项重要的性能指标，在高速数据采样中更是十分的重要，但在同样的转换时间指标前提下，使用串行或是并行A/D转换器实现数据采样，转换时间上的差异往往被忽略。以下以美国TI公司的ADS7822和ADS774为例，通过二者与 AT89C51单片机的接口电路，分析在一次转换过程中转换时间上的差异。

　　2 ADS744的接口电路和转换时间

　　2.1 ADS774及与单片机的接口

　　ADS774是12位逐次逼近型并行A/D转换器，它具有转换精度高、转换速度快(最高8.5 μs)等特点，但接口电路较为繁琐。图1为ADS774与AT89C51的典型接口电路。

　　图1中，ADS774采用0V～10 V单极性信号输入模式，9引脚接地，转换结果被设置为8位方式，12位转换结果分两次输出并受4引脚(Ao)控制，Ao=“0”时，20～27引脚输出 12位转换结果的高8位，Ao=“l”时，输出12位转换结果的低4位。启动转换及读取转换结果由3、4、5、6脚控制，28引脚(STS)为转换结束标志，转换进行过程中，28引脚为高电平，转换结束时，28引脚变为低电平。图2为ADS774启动转换和读取转换结果的工作时序。结合图l的接口电路和图 2的工作时序可知，转换工作过程如下：

　　(1)启动A/D转换，即AT89C51对ADS774执行一次写操作，地址信号中应使CS=“0”，Ao=“0”，R/C=“0”。

　　(2)单片机通过P2.4引脚查询STS信号，当STS为低电平时，转换即告结束。

　　(3)读取转换结果，即单片机对ADS774执行两次读操作：第一次读取转换结果的高8位，这时应使A0=“0”，R/C=“l”，第二次读取转换结果的低4位，这时应使Ao=“1”，R/C=“1”。

　　2.2 转换时间分析

　　根据转换时序和转换过程分析，结合图1的接口电路，转换程序及转换时间如下所示(单片机使用12 MHz外接晶振):

　　由此可见，完成一次A/D转换的时间为23μs～27μs，采用并行A/D转换器可最大限度发挥高速A/D的速度性能，在高速数据采样的过程中，为保证A/D转换结果的准确性，即使采用多次采样转换结果均值滤波的方法，仍可以保证转换的高速度。

　　3 ADS7822的接口电路和转换时间

　　ADS7822是12位串行A/D转换器，它的采样频率最高为75 kHz，采用串行外围接口(SPI)方式与微处理器接口。ADS7822与AT89C51的典型接口电路如图3所示，图中VREF(1引脚)为参考电压输入引脚，IN+、IN-为差动信号输入端，CS/SHDN(5引脚)为片选信号输入，低电平有效，高电平时为关闭模式，DOUT(6引脚)为串行数据输出端，DCLOCK(7引脚)为同步时钟输入端。