高AD芯片ADS8364在生理信號數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

華中科技大學(xué)電子與信息工程系 王忠友 吳鴻修

由于生物體微弱的電信號和豐富的信息量，在生物體多參數(shù)測量中，高采集也就顯得尤為重要?；诖宋覀冄兄频纳硇盘柌杉到y(tǒng)的采集電路部分采用了ADS8364和DS87C520單片機(jī)。

ADS8364是美國TI公司的一種高速、低能耗、6通道同步采樣轉(zhuǎn)換，單+5V供電的16位高速并行接口的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，片上帶2.5V基準(zhǔn)電壓源，可用作ADS8364的參考電壓。每片ADS8364實(shí)際由3個轉(zhuǎn)換速率為250ksps（當(dāng)外部時鐘為5MHz）的ADC構(gòu)成，每個ADC有2個模擬輸入通道，每個通道都有采樣保持器，3個ADC組成3對模擬輸入端，可同時對其中的1~2對輸入信號同時采樣保持，然后逐個轉(zhuǎn)換。由于6個通道可以同時采樣，很適合用于需同時采集多種信號的場合。

ADS8364前端調(diào)理電路

由于輸入的模擬信號變化范圍較大，通常不是AD芯片所要求的范圍，在高、高要求的AD采樣電路中，為使輸入的模擬信號與AD采樣所需求的信號相匹配，通常在AD采樣電路前加入前端調(diào)理電路，以縮放和平移要采樣的信號，從而使調(diào)理后的信號適合A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入要求。圖1是ADS8364一個輸入通道的前端調(diào)理電路。

ADS8364模擬輸入通道+IN和-IN的電壓輸入范圍為-0.3V~+6V(ADS8364用+5V供電)。圖1電路中使用了2個運(yùn)放，A2用作跟隨器，用來緩沖ADS8364輸出的2.5V基準(zhǔn)電壓；A1和四個電阻構(gòu)成了信號調(diào)理網(wǎng)絡(luò)，適當(dāng)配置R1~R4電阻可以實(shí)現(xiàn)對輸入信號Vi的縮放和平移，以適合ADS8364模擬通道的輸入要求。由于R5
=R6則+IN端的輸入電壓為：

這樣，在保證V+IN＝0~5V的前提下，Vi可以是雙極信號，調(diào)整R2、R4的比例使Vi有合適的輸入范圍。表1是針對不同雙極性模擬輸入的配置實(shí)例。

ADS8364與單片機(jī)連接電路

ADS8364與單片機(jī)連接電路見圖2。ADS8364轉(zhuǎn)換后的結(jié)果可通過兩種方式輸出：①當(dāng)BYTE=0時，以DB0~DB15
16位輸出；②當(dāng)BYTE=1時，則轉(zhuǎn)換結(jié)果分兩個字節(jié)從DB0~DB7讀出，此時采用8位單片機(jī)讀取非常方便。

本系統(tǒng)中采用8位單片機(jī)，根據(jù)要求ADS8364的BYTE設(shè)為高電平，在個/RD信號里，輸出低8位數(shù)據(jù)，第二個RD信號后讀出高8位。ADS8364的/HOLDA、/HOLDA
、/HOLDC信號由單片機(jī)P1口的P1.0輸出的信號控制；A0~A2通過DS87C520的P0口輸出，控制線ADD硬件接低電平。圖2是DS87C520與ADS8364的連接電路。

系統(tǒng)采用與DS87C520相連的GAL16V8時給出ADS8364的地址為5000H，當(dāng)DS87C520的/WR=0，且ADS8364的/CS=0時DS87C520將通過數(shù)據(jù)口對ADS8364寫入控制字；當(dāng)DS87C520的P1.0=0時才開啟ADS8364進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后的信號/EOC對DS87C520發(fā)出中斷請求，則DS87C520在/RD=0時響應(yīng)中斷請求，讀取ADS8364的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

數(shù)據(jù)采集

ADS8364轉(zhuǎn)換器初始化操作

AD轉(zhuǎn)換前，首先要進(jìn)行控制字的寫入，信號ADD、A0、A1、A2的設(shè)置，配合TYPE確定了數(shù)據(jù)的輸入和輸出方式，/RESET、/HOLDA、
/HOLDB和/HOLDC的設(shè)置可對AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出寄存器進(jìn)行清除操作和其
他復(fù)位操作。信號對應(yīng)控制字的各位見表2。

寫入控制字時，在軟件命令控制下根據(jù)ADS8364的口地址，在/CS有效時將表中數(shù)據(jù)通過低8位數(shù)據(jù)線寫入ADS8364內(nèi)部寄存器。
軟件命令時序如圖3所示。

ADS8364的轉(zhuǎn)換啟動與數(shù)據(jù)讀取

系統(tǒng)的終目標(biāo)是要獲取數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行處理。根據(jù)TYPE、ADD、A0、A1和A2，DS87C520需三次讀完一路轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，DS87C520控制ADS8364轉(zhuǎn)換和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的C51程序如下（寫入外部數(shù)據(jù)RAM的程序省略）：

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <intrins.h>
#include <absacc.h>
：
：
sbit p10=P1^0;
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define ADS_A0 XBYTE[0X5000]
：
：
#define ADS_C1 XBYTE[0X5005]
uchar xdata *Sample;
void delay(uchar n) //延時模塊
{
uchar i;
for(i=0;i<n;i++)
{
_nop_();
}
}
void enable_int0(void) //開中斷
{
EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
}
void Start_Conver(void) //啟動6路AD轉(zhuǎn)換
{
p10=1;
p10=0;
delay(1);
p10=1;
}
void main(void)
{
int i;
p10=1;
Start_Conver();
ADS_A0=0x07; //ADS8364寫入控制字
ADS_A0=0x9e;
EA=0;
while(1){
delay(1);
Start_Conver();
delay(10); //等待轉(zhuǎn)換結(jié)束采集數(shù)據(jù)
for(i=0;i<18;i++) // 讀取6路轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)
{
*Sample++=XBYTE[0X5006];
}
}
}

啟動轉(zhuǎn)換后，在讀取數(shù)據(jù)前需要延遲的指令周期數(shù)需根據(jù)DS87C520和ADS8364的運(yùn)行速度來調(diào)整。

結(jié)語

利用ADS8364設(shè)計的生理信號采集系統(tǒng)可同時采集多路信號，采集高，經(jīng)初步臨床驗證完全滿足臨床要求。