24bitADC芯片ADS1256的测量精度

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-4-18 11:53
我说的这个现象您可以研究一下，
应该不是时序配合的问题。
试验方法是：

这几天，我偿试做了一些测试，并修改电路，基本确定以下结论：
ads1256的抗干扰能力是很差的。受到高频干扰，会造成一些不可预测的结果。
你在对被测源做通、断处理过程中（比如指针表作为电源），接通或断开的瞬间，会人为引入干扰源。
干扰的结果可以表现为多种情况：
1.芯片异常复位，DRDY的状态切换速度与预期的不一样。
2.ADC转换停止，DRDY长期处于0或1状态。DOUT也可能长期处下1状态，或输入乱码
3.ADC转换出现临时中断，如你所描述的现象。
4.芯片出现大电流。（我后来做300mA限流，ads1256就没有出现0.6A的情况，最大只有0.062mA）

还要注意到，输入不同的被测电压，ads1256的工作电流也是不一样的。电源须正常响应。

我把除了模拟电路之外，所有接口都置于低阻状态，甚至做整体屏蔽，依然无法解决问题。
说明，干扰电磁场可以直接从空中进入芯片内部，引起芯片内部MCU异常。
异常的结果，一般伴随DRDY输出的周期出现异常。

理论上，通过增加地线层，可以吸收大量电磁干扰。我现在用转接板制作，没有地线层，更容易受干扰。

要使ads1256可靠工作，须检测DRDY的周期。周期正常，说明数据比较可靠，否则须考虑复位。复位电路也须仔细设计，不小必，该引脚也可能受到干扰。



补充内容 (2022-4-21 09:00):
0.062mA有误，是62mA(含单片机电流)

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-20 19:39
这几天，我偿试做了一些测试，并修改电路，基本确定以下结论：
ads1256的抗干扰能力是很差的。受到高频 ...

网上吐嘈ads1256的抗干扰能力也有不少，
有人说拿示波器观察DRDY异常，
24位数据未读取完毕DRDY就置高；
数据的后几位输出波形异常；
DRDY的输出波形异常；
我没有示波器观察不到。
也有说芯片异常复位的，
交流接触器一动作它也动作，
可能确实不适合在复杂环境中使用，
除非采取一些比较管用的抗干扰措施。

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-4-20 20:21
网上吐嘈ads1256的抗干扰能力也有不少，
有人说拿示波器观察DRDY异常，
24位数据未读取完毕DRDY就置高 ...

这种芯片，在工程现场是不能用的，烧个电焊，可能就停机了。即使是家用，也不适合长时间稳定采集。
估计只能用在实验室环境了,ads1256内部的MCU太低档了。
我打算回读内部寄存器的值，看看受干扰后，寄存器的值是否发生改变。如果改变了，就复位，并重新初始化。

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-21 08:16
这种芯片，在工程现场是不能用的，烧个电焊，可能就停机了。即使是家用，也不适合长时间稳定采集。
估计 ...

隔一段时间读寄存器进行比对，
看是不是既设值，
如果不是就复位芯片，
应该可行。

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-4-21 19:29
隔一段时间读寄存器进行比对，
看是不是既设值，
如果不是就复位芯片，

    我的复位键是接电源的，不易受干扰的，芯片没有被复位。

    被干扰后，芯片异常，无法正常读取数据。上述想法无法实现。

    但我无意中发现：被干扰后，只是造成DOUT数据无法移出而已。因为DRDY始终保持低电平，程序误以为有新数据，反复输出SCK信号来读取数据，而数据是错的。

    后来，我再次回到数据手册：数据读取后，芯片立刻将DRDY置1。所以，如果不是1，说明芯片受到电磁干扰。这样，判断是否受到干扰就有了依据。

    然而，如何让DRDY恢复正常？如何让它变为1？百思不得解。用示波器测SCK脚，总是有脉冲，它是用来读取数据的，可数据无效。越看越生气。拿起摄子，干脆把SCK引脚对地短路，我真不想看这些脉冲！！
这下可好，轻轻一碰，数据输出正常了。

   我立刻明白，摄子引入了额外的脉冲，数据正常了。我想，读数异常时，何不在程序中引入SCK脉冲，使得芯片恢复。
   经过反复调试，最终完美解决，一个数据也不丢。方法如下：

  P_CS = 0;
  ads1256_w1b(CMD_RDATA); //读数据
  ads1256_delay(25); //25对应10us,须延时6.6us以上才能读取数据(详见ads1256手册的t6)
  v  = ads1256_r1b(); v <<= 8;
  v += ads1256_r1b(); v <<= 8;
  v += ads1256_r1b();
  while(!P_DRDY){ //当ads1256受到干扰，数据移出异常,须重读
     P_SCK=1; ads1256_delay(1); //输出SCK脉冲
     P_SCK=0; ads1256_delay(1);
     ads1256_w1b(CMD_RDATA); //重读数据
     ads1256_delay(25);
     v  = ads1256_r1b(); v <<= 8;
     v += ads1256_r1b(); v <<= 8;
     v += ads1256_r1b();
  }
  P_CS = 1;
  if(v&0x00800000) v |= 0xFF000000;

xjw01

总体说，还是spi线受干扰了。我的spi线太长了。

我用8V变压器测试。变压器通电后，次级对大地大约有110V的高电压。
我用次级（手不要碰变压器的铁芯，以免对地电压下降）的一个引脚，触碰ads1256电路板的地线，每次触碰，都会引起ads1256异常。

经过上述方法处理后，一切正常。

xjw01

或者简化为如下代码
while(1){ //当ads1256受到干扰，数据移出异常,须反复读取,直到正确.通常最多8次读取就可以得到正确数据
     ads1256_w1b(CMD_RDATA); //读数据
     ads1256_delay(25);  //25对应10us,须延时6.6us以上才能读取数据(详见ads1256手册的t6)
     v  = ads1256_r1b(); v <<= 8; //读数据到v. v用移位法是低效的，但兼容性好
     v += ads1256_r1b(); v <<= 8;
     v += ads1256_r1b();
     if(P_DRDY) break;; //已读到正常的读数
     P_SCK=1; ads1256_delay(1); //输出SCK脉冲
     P_SCK=0; ads1256_delay(1);
}

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-21 23:57
用示波器测SCK脚，总是有脉冲，它是用来读取数据的，可数据无效。 ...

这个我有些不解，
SCK是单片机主动输出的，
既然总是有脉冲，
为何还要额外引入脉冲？

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-22 06:59
或者简化为如下代码
while(1){ //当ads1256受到干扰，数据移出异常,须反复读取,直到正确.通常最多8次读取 ...

受干扰期间，
通过额外引入SCK所读取到的数据是否正常，
需要剔除吗？

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-21 23:57
我的复位键是接电源的，不易受干扰的，芯片没有被复位。

    被干扰后，芯片异常，无法正常读取 ...

另外，
我看到网上有人说，
由于STM32速度快，
正常读取到一组数据后，
可能还没有等到DRDY变高，
又会重复读取到一组，
我倒是没有遇到这种情况。

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-22 00:12
总体说，还是spi线受干扰了。我的spi线太长了。

我用8V变压器测试。变压器通电后，次级对大地大约有110V ...

不错，可以再观察一段时间。
看看是否还有异常。

现在是查询方式读取数据，
假如以中断方式，
在DRDY的下降沿进入中断，
这种DRDY受干扰后一直为低的情况也不会引发数据读取，
应该也消除了SCK反复作用读取不正确数据的现象。

slsdz

abbey_tom 发表于 2022-4-22 10:12
不错，可以再观察一段时间。
看看是否还有异常。

测试环境不同，徐老师用杜邦线通讯，楼主板载MCU+ADC出现干扰几率低很多

glf1978

跳动的部分应该去掉，

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-4-22 09:57
受干扰期间，
通过额外引入SCK所读取到的数据是否正常，
需要剔除吗？

不要剔出，数据是有效的。原理如下：
干扰脉冲的处理：
    1.理解时序：
    ads1256监视从DIN输入的指令。当有正常的指令时，它将在t6之后响应。当然，能否完成指令，还与t11或tDATA等有关。
ads1256转换结束后，DRDY置0直到有新数据置方才置1，且数据更新完成后立刻置0。在非连续转换模式下，用户不取出数据，DRDY就一直为0，直到取出数据后才置1。

    2.软件处理干扰脉冲：

    当SCK上的干扰脉冲达到连续8个以上，输入的命令是不可预测的，但大概率发送了WAKEUP命令。有且仅有SCK受干扰时，则DIN输入数据全0（假定DIN=0）；若仅DIN受干扰，则没有数据输入；若SCK与DIN同时受干扰，且信号相同(共模)，那么输入命令全为1，也是WAKEUP命令。如果DIN 和SCK干 扰信号不一样，那么输入了什么命令就是未知的，但这是小概率。

    设有4个干扰脉冲，相当于事先移入半字节命令0000，但还未达到8个。下面推演RDATA命令读数据以及增补1个SCK脉冲的效果。
    发送8个SCK，DIN送入0000 0001(RDATA)，实际送入0001。其中干扰SCK 的0000以及当前发送的0000会被ads1256抛弃。由于接收命令需要t6喘气时间，而我们一口气次发送了8个SCK，上1个SCK下降沿与下1个SCK上升沿的时差远小于t6，所以前8个bit被抛弃，开始接收新新命令。即使是双字节命令，也由于第2字节不完整，造成命令未被执行。
    再来8个SCK读数据，DIN送入0000 0000。同样的原因，抛弃了8bit，实际送入0000
    再发8个SCK读数据，DIN送入0000 0000。同样的原因，抛弃了8bit，实际送入0000
    再发8个SCK读数据，DIN送入0000 0000。同样的原因，抛弃了8bit，实际送入0000
    可见，发送任何指令，最后只剩下0.5字节或1.5字节，命令全部无效。幸好，现在已知当前已送入的命令是半字节0000，所谓的“半字节”，拜干扰脉冲所赐。干扰脉冲5个，这半字节就是5bit，干扰脉冲10个，这半字节便是2bit

    再送1个SCK脉冲，相当于增加一个干扰脉冲，可以得到0000 0，快要变成WAKEUP命令了。也许永远无法知晓干扰脉冲的个数，只知道快要变成WAKEUP。无所谓，重复上述的读取过程，每重复一次，相当于多了1个干扰脉冲。最后必将得到完整的8个0(WAKEUP命令)，它是否生效只取决于t6、t11。也无所谓是否生效。到此，命令字节已完整，是8的倍数，后续的命令将生效，RDATA正常势行，PDRDY将置1.

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-4-22 10:00
另外，
我看到网上有人说，
由于STM32速度快，

另外，
我看到网上有人说，
由于STM32速度快，
正常读取到一组数据后，
可能还没有等到DRDY变高，
又会重复读取到一组，
我倒是没有遇到这种情况。
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网络上的，做个参考吧，多数人写程序，只是在修改他人的程序，并没有花多少时间研究时序。
那个手册，关键部分，正常要读3遍，甚至10遍的。所以，译为中文方便一些。

DRDY不会变高的，读完后才变高。连续模式下，如果读慢了，才会读到下一次。
硬件spi比较快，软件spi比较慢，但比较好用，时序控制得更细一些。