采用智能化更高的傳感器接口能將16位的高性能CPU與16位ADC的處理功能相結(jié)合，從而大幅簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，尤其是在集成解決方案體積較小、價(jià)格較低的時(shí)候更是如此。本文將重點(diǎn)介紹上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)的各種優(yōu)勢(shì)，其中包括更低功耗、更小體積、更少的主機(jī)CPU負(fù)載、功能齊備以及傳輸中可配置性等。

　　為什么要尋找“更智能化”的解決方案

　　對(duì)負(fù)責(zé)系統(tǒng)后端的模擬設(shè)計(jì)人員而言，通常只能對(duì)ADC進(jìn)行優(yōu)化。不過，這時(shí)數(shù)字接口基本已經(jīng)不能變更了。當(dāng)然，非常多的主機(jī)處理器都具備極高的性能且集成了靈活的ADC功能，而許多MCU都能理想地滿足各種應(yīng)用需求。不過需要再次強(qiáng)調(diào)的是，MCU的選用是由多種要求決定的，而模擬功能只是其中的一部分。

　　除了花費(fèi)大量時(shí)間開發(fā)昂貴的ASIC、承擔(dān)高風(fēng)險(xiǎn)之外，還有沒有別的辦法呢？辦法當(dāng)然是有的。若不將模擬功能與主機(jī)處理器相集成，那么將數(shù)字智能集成至ADC中又未嘗不可呢？這就能實(shí)現(xiàn)“更智能化”的設(shè)備，既能充分滿足傳感器前端的模擬性能要求，又具備與系統(tǒng)主機(jī)處理器接口相連的足夠靈活性。圖1闡述了這一理念及上述各種方法。

 
圖1 智能ADC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展

　　小智慧有大作用

　　毫無疑問，這不是一種新的概念，不過卻經(jīng)常被忽視。只要可能，我們就應(yīng)采用智能 ADC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其對(duì)系統(tǒng)的影響大大超過此前介紹的范疇。一般說來，設(shè)計(jì)人員考慮的問題包括智能處理器解決方案的大小或占板面積，當(dāng)然價(jià)位也是非常重要的因素。價(jià)格通常是大多數(shù)高銷量應(yīng)用的限制因素，這使設(shè)計(jì)人員不得不采取效率較低的、會(huì)影響集成度的獨(dú)立解決方案。

　　智能ADC系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于，數(shù)字和模擬設(shè)計(jì)都具備極大的靈活性，這同時(shí)也為軟件開發(fā)提供了極高的靈活性。智能ADC解決方案的集成CPU和數(shù)字外設(shè)實(shí)現(xiàn)了更簡(jiǎn)單的A／D 控制和數(shù)據(jù)處理功能。ADC 不僅具有全面可編程性，而且無須與主機(jī)CPU 互動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)傳輸中控制。此外，智能ADC作為模擬信號(hào)的預(yù)處理器，不僅能捕獲已轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，還能在向系統(tǒng)主機(jī)傳遞數(shù)據(jù)之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這使求數(shù)據(jù)平均值乃至更復(fù)雜的數(shù)據(jù)過濾等功能都得以簡(jiǎn)化。

　　為了說明上述功能減輕主機(jī)負(fù)荷，我們不妨考慮外部16位ADC采用3線SPI接口通信的簡(jiǎn)單例子。主機(jī)不僅要配置ADC，等待轉(zhuǎn)換完成，還要檢索每個(gè)16 位結(jié)果，并處理得出平均值。即便在ADC與主機(jī)處理器集成的情況下，能優(yōu)化的也只是數(shù)據(jù)通信。主機(jī)仍要處理數(shù)據(jù)、計(jì)算平均值，并提供所有 ADC 控制和配置功能。

　　我們不妨將這種簡(jiǎn)單而低效的系統(tǒng)與智能 ADC 系統(tǒng)相比較，智能系統(tǒng)具備相同的主機(jī)功能，但主機(jī)只需從“智能” ADC中檢索數(shù)據(jù)。所有ADC控制功能和預(yù)處理的數(shù)據(jù)以及平均值計(jì)算都由智能ADC完成，從而解放了主機(jī)，使其能從事更高級(jí)的功能。

　　智能化程度更高的MCU是解決之道

　　超低功耗MSP430F2013 MCU就是此類智能型ADC的一個(gè)優(yōu)秀典范。所有的ADC控制和數(shù)據(jù)處理均無需主機(jī)完成，不僅提高了靈活性，而且還加強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的效率。這乍看起來似乎對(duì)降低成本、提高存儲(chǔ)器容量以及CPU吞吐量等方面沒什么大用，但是我們需考慮到，有的任務(wù)每秒必須要處理數(shù)十次、上百次，乃至上千次。因此，智能ADC所能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)是極為明顯的。

　　智能程度更高的ADC所帶來的優(yōu)勢(shì)和功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了A/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理的范疇。在更高的層面上，MSP430F2013的2KB片上存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以及針對(duì)溫度變化的傳感器補(bǔ)差表，補(bǔ)償傳感器采樣信息的不足。此外，閃存與128B RAM還能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)日志和多采樣緩沖。系統(tǒng)主機(jī)可用剩余的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)其他各種數(shù)據(jù)。

　　MSP430超低功耗架構(gòu)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)之一也進(jìn)一步擴(kuò)展到了系統(tǒng)模擬領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)非常靈活且易于管理的電源架構(gòu)，從而充分滿足電流需要。由于處理器的喚醒時(shí)間不到1μs，因此該解決方案有助于我們大幅降低平均系統(tǒng)功耗要求。圖2顯示了有關(guān)系統(tǒng)如何利用主機(jī)和智能ADC的概念。

 
圖2 智能ADC的系統(tǒng)架構(gòu)

　　結(jié)論性的設(shè)想

　　如果您下次設(shè)計(jì)混合信號(hào)應(yīng)用時(shí)要采用外接ADC，那么不妨考慮一下各種選擇。采用簡(jiǎn)單的外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器可能并不是最好的解決方案，特別是當(dāng)采用智能ADC較為合適時(shí)更是如此。

　　“智能傳感器接口”能夠?qū)?6位CPU與16位ADC的處理能力完美結(jié)合在一起，從而大幅簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，尤其是在解決方案體積較小時(shí)優(yōu)勢(shì)更為顯著；而且其成本基本相當(dāng)于專用模數(shù)轉(zhuǎn)換器解決方案，有時(shí)甚至還會(huì)更低。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)還能擴(kuò)展到其他設(shè)計(jì)領(lǐng)域，如降低功耗、提高系統(tǒng)可升級(jí)性以及實(shí)現(xiàn)最終設(shè)備的差異化創(chuàng)新等。

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