基于单片机ATmega8与ADS1244的数据采集
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第07卷 第10期 中 国 水 运 Vol.7 No.10 2007年 10月 China Water Transport October 2007
收稿日期：2007-7-2
作者简介：卜汉鼎 男（1981—） 杭州电子科技大学 智能控制与机器人研究所 （310018） 研究方向：控制理论与控制工程
基于单片机ＡＴｍｅｇａ８与ＡＤＳ１２４４的数据采集
卜汉鼎
摘 要：本文介绍一种基于ATmega8与ADS1244的数据采集系统。
内容包括单片机ATmega8和ADS1244的特点，并详细阐述了数据采集系统中ATmega8和ADS1244的接口技术，包括硬件和软件技术。
关键词：ATmega8 AD1244 数据采集
中图分类号：TP274+
.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）10-0167-02 一、引言
数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。
相应的系统称为数据采集系统。
数据采集系统均要将模拟量转化为数字量，常用的方法就是在系统中采用A/D 转换芯片进行专门处理。
本文以AVR 单片机ATmega8与模拟转换芯片ADS1244为核心组成的数据采集系统适用于采集信号缓变但精度要求很高的场合。
二、ATmega8与ADS1244简介
1．ATmega8是一款采用低功耗CMOS 工艺生产的基于AVR RISC 结构的8位单片机，采用先进的RISC 精简指令集结构，具有32个通用工作寄存器，运行速度可以达到接近1MIPS/MHz；片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器以及工作存储器，支持可在线编程（ISP）和可在应用自编程（IAP）；丰富的外部接口性能；特殊的微控制器性能, 宽工作电压。
其主要特点如下：8K 字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1K 字节SRAM，32个通用I/O 口线，32个通用工作寄存器，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C），片内/外中断，可编程串行USART，面向字节的两线串行接口，10位6路（8路为TQFP 与MLF 装）ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及五种可以通过软件进行选择的省电模式。
工作于空闲模式时CPU 停止工作，而SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声；Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力。
本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。
片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。
引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash 存储区(Application Flash Memory)。
在更新应用Flash 存储区时引导Flash 区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW 操作。
通过将8位RISC CPU 与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内，ATmega8成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
ATmega8还具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C 语言编译器、宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。
AVR 单片机的系统结构图如图1所示。
图1 AVR 单片机的系统结构图
2．ADS1244是美国TI 公司分布的24位∆−Σ数模转换器。
它是一款高性能、低功耗芯片，采用MSOP-10封装，适合用于高分辨率测量，特别适用于小体积、低功耗的系统。
∆−Σ调制器和数字滤波器是该转换器的基础，模拟调制器为
正负5V 的差分输入范围。
数字滤波器在一个周期内滤除
168 中 国 水 运 第07卷 50Hz 和60Hz 信号，本芯片的典型时钟频率是2.4576MHz，在此频率下每秒钟能完成15次采集和数据输出。
一个简单两线串行接口提供对该芯片所有的控制，通过几个简单的串行脉冲就可以进行数据读取、字校准以及进入睡眠方式。
单次转换时，ADS1244能被关断（睡眠方式），减少了测量空闲时的功耗。
将多片ADS1244连接在一起，可以形成一个同步的多通道测量系统。
ADS1244调制器测量的差分输入信号VIN=AINP-AINN，与差分参考电压信号VREF=VREFP －VREFN 相对应，满量程测量范围为正负2VREF。
它可以测量差分信号，也可以测量单极性信号，测量单极性信号时，信号从引脚AINP 接入，同时将引脚AINN 接地，但这时只使用了器件一半的量程，只能产生正数字码。
芯片最大转换值不能超过AVDD 值，因此为了芯片的正确使用，必须保证参考电压VREF 小于AVDD 的一半。
ADS1244是以二进制补码格式输出24位转换数据的， 它的精度是
23
21
2
VREF −，输入正满量程时输出代码
7FFFFFH，输入负满量程时输出代码800000H。
可以通过
对引脚/DRDY DOUT 和引脚SCLK 的控制来完成数据采集与数据转换后的输出。
当/DRDY DOUT 引脚低电平时表示一个新的数据已经准备好，等到SCLK 第一个上升到来时，开始从该引脚输出转换数据，每个SCLK 上升沿输出一位数据，且数据输出是以最高位开始依次输出的。
用24个脉冲接受完测量数据后，紧接着的下一个脉冲使/DOUT 变高电平，等待下一次转换。
ADS1244结构如图2所示。
AINP DOUT
图2 ADS1244结构图
三、ATmega8与ADS1244数据采集系统的硬件与软件设计
图3是ADS1244与ATmega8数据采集系统的实际应用电路。
如图所示，本系统是单极性信号数据采集，采集信号从ADS1244芯片的AINP 引脚输入同时把AINN 引脚接地，采集到的模拟信号经过AD 数模转换产生的数字信号由ADS1244上的/DRDY DOUT 引脚输出到单片机ATmega8中。
其差分参考电压信号VREF(VREF=VREFP－VREFN)取典型值2.5V，通过一个以稳压通用降压－升压型充电泵LTC3240芯片为核心的电路提供给VREFP 引脚＋2.5V 信号且VREFN 引脚接地来实现。
采集数据输入到单片机后由单片机串口经MAX232芯片电平转换后送到上位机的串口，上位机根据采集的数据进行相应的处理。
具体的电路设计可以看图3。
根据数据采集系统的硬件设计，软件流程框图如下：
图3 硬件电路
图4 软件流程图
四、结束语
本系统采用AVR 系列单片机ATmega8作为控制核心，可利用ANSI C 语言编程，使得数据采集系统编程容易且可移植性高，大大缩短开发周期。
经实践证实：该模块可靠性好、采样精度高、接口简单，有一定实用价值。
参考文献
[1] 马潮，耿德根，詹卫前. ATmega8原理及应用手册[M]. 清
华大学出版社，2003.3
[2] 沈文，Eagle lee，詹卫前. AVR 单片机C 语言开发入门指
导[M]. 清华大学出版社，2003.5
Abstract: This paper introduces a data acquisition system which is based on the SCM ATmega8 and ADS1224.It includes the features of the SCM ATmega8 and ADS1224, also it elaborates the interface technology of ADS1224 and the SCM ATmega8 in the data acquisition system. It involves the technology of hardware and software.
Keywords: ATmega8, AD1244, Data acquisition。
