外部ADC之AD7949——14bit、8通道、250k

news2025/1/23 22:33:31

前言

在实际项目中，仅靠单片机内部的ADC采样，很有可能达不到实际采样精度，这个时候就需要外接外部ADC芯片进行采样，这些外部ADC一般都是SPI接口或者是并口。

单片机通过SPI接口或并口读写芯片内部寄存器，配置参考极性、采样通道、低通滤波器带宽、基准电压源、通道序列器等。

本文主要对ADI家的14bit、8通道、250k的ADC7949做一个总结，这款ADC在实际项目中使用，采样精度达到要求，读取时序有点点绕，但是是一款十分常用的ADC芯片。就是价格不太友好哈哈，一块芯片快60。

一、AD7949 特点

AD7949是一款8通道、14位、电荷再分配、逐次逼近型（SAR）模数转换器（ADC），采用单电源（VDD）供电。

AD7949内置多通道、低功耗数据采集系统所需的元件，包括：
无失码的真14位SAR型ADC；
用于将输入配置为单端输入（使用或不使用参考地）、差分输入或双极性输入的8通道、低串扰多路复用器；
内部低漂移基准电压源（可以选择2.5 V或4.096 V）和缓冲；温度传感器；
可选择的1极点滤波器；以及多通道按顺序连续采样时所用的序列器。

AD7949使用简单的SPI接口实现配置寄存器的写入和转换结果的接收。SPI接口使用单独的电源（VIO），其被设定为主逻辑电平。功耗与吞吐量成正比。

AD7949采用20引脚微型LFCSP封装，工作温度范围为-40°C至+85°C。

上面说了这么多，其实就几点

8通道、14bit、逐次逼近型ADC
8通道输入可选择单端输入、差分输入或双极性输入
基准电压可选 2.5V或4.096V
内部自带温度传感器
内部自带滤波器
可选择单通道采样或顺序连续采样
SPI接口配置寄存器，读取ADC转换结果，SPI接口兼容SPI、QSPI和DSP

二、引脚

下图是数据手册里的详细介绍

根据上图说明，可以总结为以下几点

REF 基准电压，可选内部基准源 2.5V 或 4.096V 基准电压
IN0-IN7 ADC采样的8个通道
CNV 转换输入，此引脚接SPI接口的CS引脚
DIN 数据输入，此引脚接SPI接口的MOSI引脚，主要用来配置芯片内部CFG寄存器
SCK 时钟输入，此引脚接SPI接口的SCLK时钟引脚
SDO 数据输出，此引脚接SPI接口的MISO引脚，接受ADC转换后的数据

三、设计参考电路

AD7949在设计时单个通道一般采用运放和其相连，配置好参考电压，使用电容去耦。

而外部驱动则使用SPI接口

CNV ：转换输入（连接MCU的片选引脚），在上升沿CNV启动转换
DIN：数据输入，此输入用于写入14位配置寄存器
SCK:串行时钟输入，此输入用于为MSB优先方式在SDO上输出数据，以及在DIN上输入数据来提供时钟
SDO：串行数据输出。转换结果将通过此引脚引出，与SCK进行同步，单极性模式下，转换结果为二进制

四、内部寄存器

AD7949的内部寄存器为14位寄存器，CFG[13:0],可以在转换期间、采集期间或转换全程写入寄存器

而寄存器更新发生在转换tconv（最大值）结束时

注意了，这个也是一个需要特别注意的点，上电时CFG寄存器没有定义，需要两次伪转换以便更新寄存器

另外也可以使用工厂预加载CFG寄存器，应使DIN处于高电平并且保持两次转换的时间，即重置CFG寄存器，CFG[13:0] = 0x3FFF;

下图为数据手册对CFG寄存器的详细介绍，介绍的非常详细

AD7949的配置一般为

CFG[13] CFG CFG寄存器是否更新。覆盖寄存器的内容
CFG[12:10] INCC 一般选择单极性参考地
CFG[9:7] INX 根据自己的采样通道配置
CFG[6] BW 是否选择低通滤波器，配置带宽
CFG[5:3] REF 基准电压,根据自己实际的参考基准电压配置
CFG[2:1] SEQ 通道序列器，是否允许IN0-IN7的方式扫描通道，如果自己只有几个通道就可不选，这是7949通道序列器采样
CFG[0] RB CFG寄存器是否回读，一般不选

五、读写时序

芯片内部的寄存器通过SPI接口写入，同时ADC转换后的结果将通过SDO接口输出
下图是关于SPI读写寄存器的详细介绍

无繁忙指示器和繁忙指示器？

可看下图，有无繁忙指示器，就是在SDO（ADC数据输出）时接了一个监测繁忙的引脚，这个引脚应该是接入单片机的中断引脚，监测数据是否就绪，是否可以读取。

而我们一般使用的是无繁忙指示器的时序，下文也只针对无繁忙指示器的时序进行说明

时序

下图是无繁忙指示器的通用时序
通用时序又分为转换期间读取/写入（RDC）、转换后读取/写入（RAC）、转换全程读取/写入（RSC）

通过时序可以看到，无论何种读取/写入模式，上电之后的前三次转换结果都是没有定义的，因为最高有效CFG直到第二个EOC之后才出现，所以需要两次伪转换

这个怎么理解呢，看下图

写入CFG三次，第一次是n，第二次是n+1,第三次是n+2
再CFG是n+2的时候，这个时候的DATA才是DATA(n)，也就是说在读取数据时，要写入三次CFG,前两次无效，第三次出现有效数据，这个时候就可以读取数据。

六、通道序列器

AD7949包括一个通道序列器，可用于重复扫描通道。确定序列的最后一个通道后，以逐个或成对方式扫描通道，包括或不包括温度传感器。

简单来说是什么呢，这个模式可以重复扫描通道

再看这种模式的时序，上电时只读一次寄存器，空读一次数据，即可实现多通道一起读取，这种模式很适合于多通道一起读取，且写寄存器读数据花费时间较短，极大缩短ADC采样时间，很方便。

如何使用这种方式
在配置CFG寄存器时，把这个模式打开

然后在读取时，写一次寄存器内容，空读一次，后面多通道即可一起读取

七、部分demo

单通道采样

bsp_adc_reg_write(CFG_OVERWRITE | INCC_UNIPOLAR_TO_GND | IN0 | BW_FULL | REF_IN_4V096 | SEQ_DISABLE | RB_DISABLE);
bsp_adc_reg_write(CFG_OVERWRITE | INCC_UNIPOLAR_TO_GND | IN0 | BW_FULL | REF_IN_4V096 | SEQ_DISABLE | RB_DISABLE);
bsp_adc_reg_write(CFG_OVERWRITE | INCC_UNIPOLAR_TO_GND | IN0 | BW_FULL | REF_IN_4V096 | SEQ_DISABLE | RB_DISABLE);
adc = bsp_adc_data_read();

通道序列器采样

// 上电初始化 写一次寄存器  空读一次
bsp_adc_reg_write(CFG_OVERWRITE | INCC_UNIPOLAR_TO_GND | IN2 | BW_FULL | REF_IN_4V096 | SEQ_SCAN | RB_DISABLE);
bsp_adc_data_read(); 

//后面就顺序读取
adc1 = bsp_adc_data_read();

adc2 = bsp_adc_data_read();