漢亞科技 Han-Ya

        這次接到一個任務，將原本連接在加工機上的研華 USB-4716 和國家儀器 NI-9234 想辦法取代掉。這兩個設備的主要功能是類比訊號擷取器，用來收集加工機上面的震動訊號和電流訊號。加工機上面安裝了一個震動感測器 (Dytran 3055B3)，將震動訊號轉成電壓，再由 NI-9234 將電壓轉成數位資料。另外，加工機上面也安裝一個電流感測器 (Topstek TU12P10A)，將電流轉成電壓訊號，再由研華 USB-4716 將電壓轉成數位資料。首先，我先查詢了 NI-9234 和 USB-4716 資料解析度，分別是 24-bit 和 16-bit，於是從淘寶網站上找到一個 ADC 16-bit 的模組，而且具有八個通道，正好能滿足需求，所以買來研究看看，如圖一所示。這模組上的 ADC 晶片是由德州儀器 ADS1256 所構成的核心。另外，我發現這塊模組被用於 Arduino 平台上，官網有提供其 library。

        ADS1256 晶片是一顆具有 24-bit 解析度和八個通道的類比數位轉換器 ADC，根據 datasheet 來看，其內容提到取樣頻率可達 30k SPS (每秒 30k 個取樣點)，每個取樣點具有 24-bit 解析度。解析度影響資料的精準度，解析度的位元越高，資料則可以精準到小數點以下更多位。除了要留意解析度之外，取樣頻率則影響資料的頻寬，如果擷取的資料屬於變動較小，例如溫濕度...瞬間變動不會很劇烈，取樣頻率可以選擇較低些。如果擷取的資料是高速變化的話，取樣頻率則必須考慮較高一點，才不會造成資料失真的情況。通常，取樣率和解析度都與價格成正比，想要越高資料準度付出的代價越多。

        圖三是 ADS1256 晶片內部的方塊圖，圖中左側是一個多工選擇器，同一時間只能選擇一個通道進行 ADC 轉換。由於這顆晶片取樣頻率可達 30k SPS，如果八個通道都要使用的話，平均一個通道的取樣頻率約 3.75k SPS 左右 (實際應該會比這個值低)。也就是說，只有一個通道使用的情況下才能滿足單一通道取樣率為 30k SPS。

        這塊模組以 SPI 介面通訊，外加一根 DRDY pin 用來通知資料轉換是否完成了。ADS1256 有兩種讀取資料的方式：單筆或連續，分別如圖四或圖五所示。單筆模式下，當 DRDY pin 拉低之後，我們才能發出讀取的命令，從圖四觀察，DRDY 頻率為 30KHz (這是取樣頻率)，在 DRDY 的低電位期間，SCK 發出四組 (8-bit 命令 + 24-bit 資料)。