EEPW论坛

1. 项目概述

本项目利用 Arduino GIGA R1 WiFi 的高性能和丰富连接性，结合 AD7606 系列 8 通道同步采样 ADC，构建一个多通道数据采集系统。系统可实现高速、高精度模拟信号采集，并通过 Wi-Fi 或以太网将数据实时上传至服务器，或存储到本地 SD 卡，适用于工业监测、音频分析、科学实验等场景。

2. 硬件连接2.1 AD7606 与 Arduino GIGA 引脚对应关系

AD7606 需要 SPI 接口及若干控制引脚。建议使用 Arduino GIGA 的 默认 SPI 接口（SPI 引脚映射见下表）和通用数字 I/O 引脚。

AD7606 引脚功能Arduino GIGA 引脚备注

SCLK	SPI 时钟	D13 (SCK)	SPI 默认时钟引脚
MISO	SPI 主机输入	D12 (MISO)	SPI 默认 MISO 引脚
MOSI	SPI 主机输出	D11 (MOSI)	SPI 默认 MOSI 引脚
CS	片选	D10 (SS)	可使用其他数字引脚，此处用默认 SS
CONVST	转换启动	D7	可自定义
BUSY	忙状态输出	D6	可自定义
RESET	复位	D5	可自定义
OS0-2	过采样控制	D2, D3, D4	可自定义
RANGE	量程选择	D8	可自定义

注意：若需要更高性能，可使用 Arduino GIGA 的 SPI1（引脚 D35~D38），但需修改代码中的 SPI 对象。

2.2 电源与参考电压

• AD7606 通常需要 5V 模拟电源 和 3.3V 数字电源（或 5V 兼容）。Arduino GIGA 可提供 5V 和 3.3V 输出。

• 为减少噪声，建议使用独立的外部基准电压源（如 ADR42x 系列），或利用 AD7606 内部基准（默认 2.5V）。

• 模拟输入端需根据信号类型配置抗混叠滤波器。

3. 软件设计3.1 驱动移植

将原有的 AD7606C 库（针对 ESP32）移植到 Arduino GIGA 平台。主要修改点：

• SPI 初始化：使用 Arduino 标准 SPI 库，无需手动创建 SPIClass 对象，直接使用 SPI 对象。

• 引脚定义：使用宏定义将硬件引脚与代码中的变量关联。

• 中断处理：BUSY 引脚可通过外部中断监测，本示例采用轮询方式。

简化后的核心驱动类（AD7606C_GIGA.h 和 AD7606C_GIGA.cpp）示例：

// AD7606C_GIGA.h
#ifndef AD7606C_GIGA_H
#define AD7606C_GIGA_H

#include <Arduino.h>
#include <SPI.h>

class AD7606C_GIGA {
public:
    AD7606C_GIGA(int cs, int convst, int busy, int reset, int os0, int os1, int os2, int range);
    void begin();                // 初始化 SPI 和引脚
    void reset();                // 硬件复位
    void setOversampling(uint8_t times); // 过采样设置
    void setRange(bool range);   // 量程设置
    uint8_t readReg(uint8_t reg, uint8_t *val);    // 读寄存器
    uint8_t writeReg(uint8_t reg, uint8_t val);    // 写寄存器
    uint8_t checkID();           // 检查芯片 ID
    void config();               // 默认配置
    int32_t read(int32_t *data); // 触发转换并读取所有通道
private:
    int _cs, _convst, _busy, _reset, _os0, _os1, _os2, _range;
    uint8_t channel_mode[8];     // 存储各通道模式（双极性/单极性）
    void ipulse(int pin);        // 产生短脉冲
    uint8_t dataRead(int32_t *data); // 读取转换结果
    void convert18bitTo32bit(int32_t *unsigned_val, int32_t *pdst);
};

#endif

// AD7606C_GIGA.cpp 部分实现
#include "AD7606C_GIGA.h"

// 寄存器地址定义（同原代码）
#define AD7606_REG_STATUS 0x01
// ... 其他寄存器宏

AD7606C_GIGA::AD7606C_GIGA(int cs, int convst, int busy, int reset, int os0, int os1, int os2, int range) {
    _cs = cs; _convst = convst; _busy = busy; _reset = reset;
    _os0 = os0; _os1 = os1; _os2 = os2; _range = range;
}

void AD7606C_GIGA::begin() {
    pinMode(_cs, OUTPUT); digitalWrite(_cs, HIGH);
    pinMode(_convst, OUTPUT); digitalWrite(_convst, LOW);
    pinMode(_busy, INPUT);
    pinMode(_reset, OUTPUT); digitalWrite(_reset, HIGH);
    pinMode(_os0, OUTPUT); pinMode(_os1, OUTPUT); pinMode(_os2, OUTPUT);
    pinMode(_range, OUTPUT);

    SPI.begin(); // 初始化默认 SPI
    // 可根据需要设置 SPI 频率、模式等，在读写时临时设置
}

void AD7606C_GIGA::reset() {
    digitalWrite(_reset, LOW);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(_reset, HIGH);
    delayMicroseconds(1);
}

// 其他函数实现类似原代码，但 SPI 操作需适配
uint8_t AD7606C_GIGA::readReg(uint8_t reg, uint8_t *val) {
    uint16_t data = (0x40 | (reg & 0x3F)) << 8; // 读命令格式
    SPI.beginTransaction(SPISettings(1000000, MSBFIRST, SPI_MODE2));
    digitalWrite(_cs, LOW);
    SPI.transfer16(data); // 第一帧
    digitalWrite(_cs, HIGH);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(_cs, LOW);
    *val = SPI.transfer16(data) & 0xFF; // 第二帧
    digitalWrite(_cs, HIGH);
    SPI.endTransaction();
    return 0;
}

uint8_t AD7606C_GIGA::writeReg(uint8_t reg, uint8_t val) {
    // 先进行一次虚读，使芯片进入寄存器模式
    uint8_t dummy;
    readReg(reg, &dummy);
    uint16_t data = ((reg & 0x3F) << 8) | val; // 写命令格式
    SPI.beginTransaction(SPISettings(2000000, MSBFIRST, SPI_MODE2));
    digitalWrite(_cs, LOW);
    SPI.transfer16(data);
    digitalWrite(_cs, HIGH);
    SPI.endTransaction();
    return 0;
}

// 其余功能（checkID, config, read 等）按原逻辑实现

3.2 系统软件架构

• 初始化：在 setup() 中调用 begin()、reset()、config() 完成 AD7606 配置。

• 数据采集：可采用 定时器中断 或 轮询 方式定期触发转换。每触发一次 read()，获取 8 个通道的 18 位数据（已转换为 32 位整数）。

• 数据处理：可将原始数据转换为电压值（根据量程和参考电压计算），并添加时间戳。

• 数据输出：通过 串口 打印，或通过 Wi-Fi 发送至 MQTT 服务器 / TCP 客户端，或写入 SD 卡。

• 网络功能：利用 Arduino GIGA 的 WiFi 库连接网络，实现远程监控。

采集数据进行串口输出

#include "AD7606C_GIGA.h"

// 引脚定义（根据实际连接修改）
#define PIN_CS     10
#define PIN_CONVST 7
#define PIN_BUSY   6
#define PIN_RESET  5
#define PIN_OS0    2
#define PIN_OS1    3
#define PIN_OS2    4
#define PIN_RANGE  8

AD7606C_GIGA adc(PIN_CS, PIN_CONVST, PIN_BUSY, PIN_RESET, PIN_OS0, PIN_OS1, PIN_OS2, PIN_RANGE);

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    adc.begin();
    adc.reset();
    if (adc.checkID() != 0) {
        Serial.println("AD7606 not detected!");
        while(1);
    }
    adc.config();  // 默认配置：各通道量程自定义
    Serial.println("ADC initialized.");
}

void loop() {
    int32_t rawData[8];
    if (adc.read(rawData) == 0) {
        Serial.print(millis());
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            // 转换为电压（示例：双极性±10V量程，18位，参考2.5V）
            // 实际需根据量程调整公式
            float voltage = rawData[i] * 20.0 / 131072; // 假设±10V，2^17=131072
            Serial.print(",");
            Serial.print(voltage, 4);
        }
        Serial.println();
    }
    delay(100); // 10Hz采样
}

3.4 数据电压换算

AD7606 输出为二进制补码格式，具体换算公式与量程有关：

• 双极性 ±10V：电压 = (rawData * 20.0) / 131072（18位有效位，最大值 0x1FFFF 对应 +10V，0x20000 对应 -10V）

• 双极性 ±5V：电压 = (rawData * 10.0) / 131072

• 单极性 0~10V：电压 = (rawData * 10.0) / 262144（无符号，最大值 0x3FFFF 对应 10V）

4. 高级功能扩展4.1 数据存储到 SD 卡

Arduino GIGA 板载 SD 卡插槽（使用 SPI 或 SDMMC 接口）。可在采集循环中将数据以 CSV 格式写入文件。

4.2 Wi-Fi 实时传输

使用 WiFiNINA 库连接网络，通过 MQTT 发布数据，或建立 TCP 服务器等待客户端连接。

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>

WiFiClient wifiClient;
PubSubClient mqttClient(wifiClient);

void setup_wifi() { /* 连接 WiFi */ }
void reconnect() { /* 连接 MQTT */ }

void loop() {
    if (!mqttClient.connected()) reconnect();
    mqttClient.loop();

    int32_t rawData[8];
    if (adc.read(rawData) == 0) {
        char payload[100];
        sprintf(payload, "{\"t\":%lu,\"ch0\":%ld,\"ch1\":%ld,...}", millis(), rawData[0], rawData[1], ...);
        mqttClient.publish("adc/data", payload);
    }
    delay(100);
}

4.3 定时精确采样

使用 Arduino GIGA 的 定时器（如 Ticker 库）实现精确采样间隔，避免 delay 带来的误差。

5. 注意事项

• 电平兼容：AD7606 的数字 I/O 可接受 3.3V 或 5V，Arduino GIGA 的 I/O 为 3.3V，可直接连接。

• 电源去耦：在 AD7606 电源引脚附近放置 10μF 和 0.1μF 电容。

• 模拟输入保护：若输入电压超出范围，需加保护电路。

• SPI 速度：寄存器读写使用较低速度（如 1MHz），数据读取可使用更高速度（如 20MHz），需根据布线调整。

6. 总结

本设计方案充分利用 Arduino GIGA R1 WiFi 的处理能力和 AD7606 的多通道同步采样特性，构建了一个灵活、可扩展的数据采集系统。通过简单的软件适配，即可实现数据采集、本地存储和远程传输，适用于多种工业和科研应用。