1.AD7616介绍
1.1 概述：
AD7616 是一款 16 位 DAS（数据采集系统） ，支持对 16 个通道进行双路同步采样。 AD7616 采用 5 V 单电源供电，可以处理 ±10 V 、 ±5 V 和±2.5 V 真双极性输入信号 ，同时每对通道均能以高达 1 MSPS的吞吐速率和 90.5 dB SNR 采样。利用片内过采样模式可实现更高的SNR 性能（过采样率 (OSR) 为 2 时， SNR 为92 dB）。输入箝位保护电路可以耐受高达±21 V 的电压。无论以何种采样频率工作 AD7616 的模拟输入阻抗均为 1 MΩ 。它采用单电源工作方式，具有片内滤波和高输入阻抗，因此无需驱动运算放大器和外部双极性电源。该器件均内置模拟输入箝位保护、一个双路 16 位电荷再分配 SAR 模数转换器 (ADC) 、一个灵活的数字滤波器、 2.5 V基准电压源和基准电压缓冲器以及高速串行和并行接口。 AD7616 兼容串行外设接口 (SPI)/QSPI/DSP/MICROWIRE 。
1.2 产品特性：
16 通道 、 双路 、 同步采样输入
可独立选择的通道输入范围
真双极性： ±10 V 、 ±5 V 、 ±2.5 V
5 V 单模拟电源 ， V DRIVE 电源电压 ： 2.3 V 至 3.6 V
完全集成的数据采集解决方案
模拟输入箝位保护
具有 1 MΩ 模拟输入阻抗的输入缓冲器
一阶抗混叠模拟滤波器
片内精密基准电压及基准电压缓冲器
双通道 16 位逐次逼近型寄存器 (SAR)ADC
吞吐速率： 2×1 MSPS
通过数字滤波器提供过采样功能
灵活的序列器， 支持突发模式
灵活的并行 / 串行接口
SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP 兼容
可选循环冗余校验 (CRC) 错误检查
硬件 / 软件配置
性能
信噪比 (SNR) ： 92 dB （ 500 kSPS 、 2 倍过采样 ）
信噪比 (SNR) ： 90.5 dB (1 MSPS)
总谐波失真 (THD) ： −103 dB
±1 LSB INL（ 典型值 ）， ±0.99 LSB DNL （ 最大值 ）
模拟输入通道提供 8 kV ESD 额定值
片内自检测功能
80 引脚 LQFP 封装
1.3 引脚配置：
注： 引脚的功能配置详情需查看AD7616数据手册
1.4 时序图
本次学习只使用了AD7616硬件模式下并行接口读取数据，而对于AD7616软件模式、串行接口、并行接口写操作未作介绍。
2.解析数据手册
2.1 引脚连接
| 35 REFSEL | GND | DI | 使用外部基准电压 | |
| 36 RESET | PB11 | DI | 复位输入，低有效 | |
| 37 SEQEN | +3.3V | DI | 通道序列器使能 | |
| 38 HW_RNGSEL1 | GND | DI | 硬件模式 | 模拟输入范围±2.5V |
| 39 HW_RNGSEL0 | +3.3V | DI | ||
| 40 SER/PAR | GND | DI | 并行接口选择输入 | |
| 41-48 DB0-7 | PD0-PD7 | O/I | 并行输出 | |
| 53-60 DB8-15 | PD8-PD15 | |||
| 61 WR/BURST | +3.3V | DI | 突发模式使能 | |
| 62 SCLK/RD | PE9 | DI | 并行数据读取控制输入 | 如果CS,RD均为逻辑低电平，则使能输出总线 |
| 63 CS | PE10 | DI | 片选 | |
| 64-66 CHSEL0-2 | +3.3V | DI | ||
| 67 BUSY | PE12 | DO | 输出繁忙 | CONVST 上升沿之后，此引脚变为逻辑高电平，表示转换过程已开始。 BUSY 输出保持高电平，直到当前选定通道的转换过程完成为止。BUSY 下降沿表示转换数据正被锁存至输出数据寄存器，稍后便可供读取。数据必须在 BUSY 变为低电平之后读取。当 BUSY 信号为高电平时，CONVST 的上升沿不起作用。 |
| 68 CONVST | PE11 | DI | 通道组A/B的转换开始输入 | 在序列器模式下，当突发模式或过采样模式使能时，为了执行所需数量的转换，只需 CONVST 从低电平变为高电平一次。 |
注意：未与GPIO连接的引脚，已经与开发板焊死，写代码时不需要为其配置。
2.2工作模式
工作模式（硬件模式或软件模式） 在AD7616退出完全复位时配置 。 当 RESET 引脚从低电平变为高电平时，HW_RNGSELx 引脚的逻辑电平决定工作模式。HW_RNGSELx引脚具有双重功能。如果 HW_RNGSELx = 0b00，则 AD7616 进入软件模式。 HW_RNGSELx 的任何其它 组合都会将 AD7616 配置为硬件模式 。配置软件模式后，便会忽略 HW_RNGSELx 信号的逻辑电平。配置一种工作模式后，要退出该工作模式并设置另一种工作模式，需要通过RESET 引脚执行完全复位。若选择硬件模式，则所有后续器件配置都是通过引脚控制进行。硬件模式下禁止访问片内寄存器。在软件模式下，接口和基准电压配置必须通过引脚控制进行，但所有后续器件配置只能通过寄存器进行。
2.3数字接口
数字接口选择（并行或串行） 在AD7616退出完全复位时配置 。当RESET 引脚从低电平变为高电平时， SER/PAR 信号的逻辑电平配置该接口。若SER/PAR 信号设为 0 ，则使能并行接口。若SER/PAR 信号设为 1 ，则选择串行接口。
2.4复位功能
AD7616 有两种复位模式：完全或部分。复位模式选择取决于复位低电平脉冲的长度。部分复位要求RESET 引脚保持低电平40 ns到 500 ns 。释放 RESET 50 ns 之后，器件即完全可用，可以启动转换。完全复位要求RESET 引脚保持低电平至少 1.2 μs 。释放RESET 15 ms 之后，器件完成重新配置，可以启动转换。部分复位会重新初始化下列模块：
• 序列器
• 数字滤波器
• SPI
• 两个 SAR ADC
部分复位完成时，会丢弃当前转换结果。部分复位不会影响软件模式下设置的寄存器值，或硬件和软件模式下存储用户配置的锁存器。部分复位之后，软件模式下需要执行一次伪转换。完全复位会将器件复位至默认上电状态。 AD7616 退出完全复位时 会配置如下内容：
• 硬件模式 或软件模式
• 内部 / 外部基准电压源
• 接口类型 (本文为并行接口)
上电时，一旦 V CC 和 V DRIVE 电源均稳定下来，便可释放 RESET信号。完全复位后释放RESET 引脚时， HW_RNGSELx 、REFSEL、 SER/PAR 和 DB4/SER1W 引脚的逻辑电平决定器件配置。
若选择硬件模式，则当RESET 引脚在完全复位模式下从低电平变为高电平时，CRC 、 BURSTEN 、 SEQEN 和 OSx 信号所决定的功能也会被锁存。完成功能配置后，便会忽略这些信号 的变化。在硬件模式下，模拟输入范围（HW_RNGSELx 信号）可在完全或部分复位期间或正常工作期间配置，但硬件/软件模式选择需要完全复位才能重新配置，同时此设置会被锁存。在硬件模式下，退出完全和部分复位时均会查询CHSELx 和HW_RNGSELx引脚，以便执行如下操作：
• 确定要获取哪一个初始模拟输入通道对进行转换。
• 配置序列器的初始设置。
• 选择模拟输入电压范围。
2.5 *序列器
AD7616 有一个高度可配置的片内序列器。序列器的功能和配置取决于 AD7616 的工作模式。 在硬件模式下，序列器只能按顺序工作，总是从通道V0A和V0B开始转换，然后依次转换后续各通道，直至配置的最后一个通道。
在硬件模式下，序列器由 SEQEN 引脚和 CHSELx 引脚配置。当 AD7616 退出完全复位时，序列器要么使能，要么禁用。
当序列器使能时， CHSELx 引脚的逻辑电平决定选择哪些通 道在序列中进行转换。
2.6 *突发序列器
突发模式下不需要为转换序列中的每个步骤产生一个CONVST脉冲。一个CONVST 脉冲就能转换序列中的每个步 骤。
突发序列器是一个配合序列器工作的额外特性。若使能突发功能，则一个CONVST脉冲就能启动序列器中配置的所有通道的转换。使用突发功能时，无需为转换序列中的每个步骤产生一个CONVST 脉冲，若禁用突发功能则不然。
硬件突发序列器：
将BURST 引脚置 1 ，就会在硬件模式下使能突发模式。还要将SEQEN 引脚置 1 以使能序列器。
在硬件模式下，突发序列器由BURST 、 SEQEN 和 CHSELx 引脚配置。当 AD7616 退出完全复位时，突发序列器要么使能，要么禁用。当释放RESET 引脚时， SEQEN 引脚和 BURST 引脚的逻辑电平决定突发序列器是使能还是禁用。释放RESET 引脚后，该功能便固定下来，要退出该功能并设置另一种配置，需要通过RESET 引脚执行完全复位。
当突发序列器使能时，CHSELx 引脚的逻辑电平决定选择哪些通道在突发序列中进行转换。释放RESET 引脚时的 CHSELx 引脚状态决定要在序列中转换的通道初始设置。要在复位后重新
配置选定进行转换的通道，请将 CHSELx 引脚设为所需的设置并保持下一个BUSY 脉冲时间。
3. 驱动代码编写
3.1 配置引脚功能
配置AD7616引脚功能时需要注意，BUSY引脚类型为DO(只具备输出功能),而对于主芯片（GD32）来说，只需要配置为输入模式即可。而AD7616数据总线DB0-DB15为数字输出,对于主芯片而言并非模拟输入，而是数字输入(因为AD7616通过模拟输入引脚采集模拟数据，芯片内部已经将模拟量转换为数字量)。
//GPIO引脚初始化
void AD7616_PinInit(void)
{gpio_init(GPIOE,GPIO_MODE_OUT_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_9|\GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11);//通用推挽输出gpio_init(GPIOE,GPIO_MODE_IN_FLOATING,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_12);//浮空输入gpio_init(GPIOB,GPIO_MODE_OUT_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_11);//通用推挽输出gpio_init(GPIOD,GPIO_MODE_IPU|GPIO_MODE_IPD,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_ALL);//PD所有引脚为上下拉输入
}
//配置BUSY引脚外部中断
void AD7616_BUSY_ExtiConfig(void)
{gpio_exti_source_select(GPIO_PORT_SOURCE_GPIOE,GPIO_PIN_SOURCE_12);//选择gpio引脚中断源exti_init(EXTI_12,EXTI_INTERRUPT,EXTI_TRIG_FALLING);//下降沿触发exti_interrupt_flag_clear(EXTI_12);//清除中断标志位exti_interrupt_enable(EXTI_12);//启用中断线
}3.2 AD7616初始化配置
本文使用的主芯片（GD32F10x）时钟频率为108MHZ,
而延时函数AD7616_Delay_9ns(uint32_t ns)只是通过while循环做空操作。
/*\brief： AD7616复位功能配置\param： mode : 复位模式AD7616_ALL_RESER ：完全复位AD7616_PART_RESER ：部分复位\retval： none
*/
void AD7616_Reser(uint8_t mode)
{switch(mode){case AD7616_ALL_RESER: //完全复位AD7616_RESET_0;AD7616_Delay_9ns(140);AD7616_RESET_1;delay_1ms(15);break;case AD7616_PART_RESER: //部分复位AD7616_RESET_0;delay_1us(40);AD7616_RESET_1;AD7616_Delay_9ns(5);break;default:break;}
}//AD7616初始化
void AD7616_Init(void)
{AD7616_PinInit();//引脚初始化AD7616_BUSY_ExtiConfig();//配置BUSY引脚外部中断//AD7616_RESET_1;//AD7616_Reser(AD7616_PART_RESER);//部分复位AD7616_Reser(AD7616_ALL_RESER);//完全复位//未使能输出总线AD7616_RD_1;AD7616_CS_1;AD7616_CONVST_0;//拉低CONVST电平
}3.3启动一次转换
//AD值转换为实际温度值
float AD7616_ad_TO_temp(uint16_t i,const uint16_t ad)
{return (float)(AD7616_CH_member[i].A*ad*ad + AD7616_CH_member[i].B*ad + AD7616_CH_member[i].C);
}
/*AD7616转换函数
*/
void EXTI10_15_IRQHandler(void)
{if(RESET!=exti_interrupt_flag_get(EXTI_12)){exti_interrupt_flag_clear(EXTI_12);//清除中断标志位uint16_t i;AD7616_CONVST_0;for(i=0;i<AD7616_CHANNEL_VAL;i++){//printf("BUSY=%d\n",gpio_input_bit_get(GPIOE,GPIO_PIN_12));//启动转换后BUSY为低电平AD7616_CS_0;AD7616_RD_0; //低电平时间>30nsAD7616_Data[i]=AD7616_GET_DATA();//读取数据AD7616_RD_1; //高电平时间>10nsAD7616_CS_1;AD7616_Delay_9ns(3);}AD7616_READ_STATE=AD7616_STATE_READABLE;//可读//AD7616_CONVST_0;}
}
//启动转换
void AD7616_StartConvst(void)
{memset(AD7616_Data,0,AD7616_CHANNEL_VAL);//清空缓存//AD7616_CONVST_0;//AD7616_Delay_9ns(1);AD7616_CONVST_1;//printf("BUSY=%d\n",gpio_input_bit_get(GPIOE,GPIO_PIN_12));//未启动转换时BUSY为高电平
}
/*\brief： 启动多次转换，并求取各通道AD平均值\param： *ad 接收AD值的地址count 启动次数\retval： ERROR 超时 SUCCESS 成功转换
*/ErrStatus AD7616_Convst_Average(const uint32_t count)
{uint32_t i,j;uint32_t sum[AD7616_CHANNEL_VAL]={0};for(i=0;i<count;i++){AD7616_READ_STATE=AD7616_STATE_UNREADABLE;//不可读AD7616_StartConvst();//开始转换j=0;while(AD7616_READ_STATE!=AD7616_STATE_READABLE)//等待转换完成{AD7616_Delay_9ns(1);j++;if(j==500000) return ERROR;//超时}for(j=0;j<AD7616_CHANNEL_VAL;j++){sum[j]+=AD7616_Data[j];}}//取平均值for(i=0;i<AD7616_CHANNEL_VAL;i++){AD7616_AD[i]=sum[i]/count;AD7616_Temp[i]=AD7616_ad_TO_temp(i,AD7616_AD[i]);//转换温度}return SUCCESS;
}3.4 头文件
#ifndef _AD7616_H_
#define _AD7616_H_#include "gd32f10x.h"
#include "flash.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
/*Pin:RD -- PE9 CS -- PE10 片选CONVST -- PE11 BUSY -- PE12 RESET -- PB11 DB0~DB15 -- PD0~PD15
*/
/* Pin define */
#define AD7616_RESET_0 gpio_bit_reset(GPIOB,GPIO_PIN_11)
#define AD7616_RESET_1 gpio_bit_set(GPIOB,GPIO_PIN_11)
#define AD7616_RD_0 gpio_bit_reset(GPIOE,GPIO_PIN_9)
#define AD7616_RD_1 gpio_bit_set(GPIOE,GPIO_PIN_9)
#define AD7616_CS_0 gpio_bit_reset(GPIOE,GPIO_PIN_10)
#define AD7616_CS_1 gpio_bit_set(GPIOE,GPIO_PIN_10)
#define AD7616_CONVST_0 gpio_bit_reset(GPIOE,GPIO_PIN_11)
#define AD7616_CONVST_1 gpio_bit_set(GPIOE,GPIO_PIN_11)
#define AD7616_BUSY_1 gpio_bit_set(GPIOE,GPIO_PIN_12)
#define AD7616_BUSY_LEVEL() gpio_input_bit_get(GPIOE,GPIO_PIN_12)
#define AD7616_INPUT_DB(x) gpio_input_bit_get(GPIOD,BIT(x))//数据引脚0-15
#define AD7616_GET_DATA() gpio_input_port_get(GPIOD) //获取PE端口值#define AD7616_CHANNEL_VAL 16#define AD7616_ALL_CH 16
#define AD7616_V0A 0
#define AD7616_V0B 1
#define AD7616_V1A 2
#define AD7616_V1B 3
#define AD7616_V2A 4
#define AD7616_V2B 5
#define AD7616_V3A 6
#define AD7616_V3B 7
#define AD7616_V4A 8
#define AD7616_V4B 9
#define AD7616_V5A 10
#define AD7616_V5B 11
#define AD7616_V6A 12
#define AD7616_V6B 13
#define AD7616_V7A 14
#define AD7616_V7B 15#define AD7616_ALL_RESER 0 //完全复位
#define AD7616_PART_RESER 1 //部分复位
#define AD7616_AD_GET_COUNT 6//转换次数
#define AD7616_STATE_UNREADABLE 0 //转换开始
#define AD7616_STATE_READABLE 1 //可读
/* parameter *//*AD7616结构体参数temp=A*x*x + B*x + C
*/
typedef struct
{uint32_t number;//通道编号float A; float B;float C;
}AD7616_parameter;
extern AD7616_parameter AD7616_CH_member[AD7616_CHANNEL_VAL];
extern uint16_t AD7616_Data[AD7616_CHANNEL_VAL];//AD值
extern uint16_t AD7616_AD[AD7616_CHANNEL_VAL];//AD平均值
extern float AD7616_Temp[AD7616_CHANNEL_VAL];//温度值/* function */
void AD7616_Init(void);
void AD7616_StartConvst(void);//启动转换
ErrStatus AD7616_Convst_Average(const uint32_t count);//启动多次转换并取平均值#endif
3.5实验结果
未接温度传感器时，所有通道输出最大值0x7FFF(第15位为符号位)。
接入一个热敏电阻时，采集到的AD值便随温度改变，可通过校准，把AD值转换为实际温度。
4.总结
本文为学习AD7616采集数据所做，数据手册很长，并不是单看时序图就能完成驱动编写，但看懂了数据手册之后，就会发现代码挺简单的。需要注意的便是BUSY引脚，它只有输出状态，不要被（手动模式）干扰。在CONVST引脚上升沿时，BUSY便会自动变为高电平，数据转换完成时，BUSY变为低电平。
本文中没有提供主函数代码，需要读取数据时，直接调用
ErrStatus AD7616_Convst_Average(const uint32_t count)；启动多次转换函数，然后直接从数组中依次读取数据（AD值或温度值）即可。校准值需要自己实际测量写入。
最后，文章中可能存在着问题，欢迎各位大佬不吝赐教。
2022年11月29日
