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16位高性能低功耗A／D轉(zhuǎn)換器AD7705及其應(yīng)用 沈國(guó)民 王歡 謝軍龍 (華中科技大學(xué) 武漢,，430074) 摘要：介紹了16位高性能,、低功耗A／D轉(zhuǎn)換器AD7705的特點(diǎn)，并給出了AD7705結(jié)合8031單片機(jī)進(jìn)行壓力測(cè)量的硬件接口電路及軟件編程方法,。 關(guān)鍵詞：A／D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)壓力測(cè)量 ABSTRACT：The paper describes the characters of the high—performance,，low—power A／D converter AD7705,，introduces its application for pressure measurement with a single chip mierocomputer8031． KEYWORDS：A／D Converter Single chip microcomputer Pressure measurement 1 AD7705簡(jiǎn)介 1．1 主要性能 AD7705是美國(guó)AD公司新近推出的一種低成本,、高分辨率A／D轉(zhuǎn)換器，它適用于寬動(dòng)態(tài)范
圍測(cè)量,、工業(yè)控制或工藝控制中的低頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換,。是用于智能系統(tǒng)、微控制系統(tǒng)和基于DSP系統(tǒng)的理想產(chǎn)品,。其功能框圖如圖1所示,。它具有如下功能及特點(diǎn)： (1)雙通道全差分模擬輸入，可接受直接來自傳感器的低電平的輸人信號(hào),； (2)用Σ一△轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了16位無丟失代碼性能,，0．003％的非線性度； (3)可編程增益前端,，增益：1—128,； (4) 可配置成三線串行接口； (5)信號(hào)極性以及更新速率的選擇可用串行輸入口由軟件來配置,； (6)該器件包括自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)選項(xiàng),，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差； (7) 只需2．7～3．3V或4．75～5．25V單電源； (8) CMOS結(jié)構(gòu)確保器件具有極低功耗,，3V電壓時(shí),，最大功耗為lmV； (9)等待或掉電模式下,，器件消耗的電源電流僅為10ptA,； (10)主時(shí)鐘頻率為1MHz或2．4576MHz，數(shù)據(jù)輸出更新頻率有20Hz,、25Hz,、100Hz、200Hz,、 50Hz,、60Hz、250Hz,、500Hz八種選擇,。
AD7705的引腳排列如圖2所示。其中SCLK,， 串行時(shí)鐘輸入,；MCLK IN／MCLK OUT，主 主時(shí)鐘信號(hào)輸入／輸出,；CS，片選信號(hào),，低電平有效,；RESET，復(fù)位輸入端,；AIN2(+)／AIN2(-),，差分模擬輸入通道2的正／負(fù)輸入端；AINl(+)／AINl(-),，差分模擬輸入通道1的正／負(fù)輸入端,；DRDY，數(shù)據(jù)輸出準(zhǔn)備,，當(dāng)它為低電平表示可從AD7705的數(shù)據(jù)寄存器中獲取新的輸出字,；DOUT／DIN，串行數(shù)據(jù)輸出／輸入端,；電源電壓,，+2．7V一+5．25V；GND,，內(nèi)部電路的地電位基準(zhǔn)點(diǎn),。 1．3工作時(shí)序 AD7705的讀寫時(shí)序如圖3所示。 注意在讀寫過程中串行數(shù)據(jù)的傳輸順序?yàn)楦呶辉谙龋臀辉诤?，這與8031串行口的數(shù)據(jù)傳輸順序恰好相反,。另外，在讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí),，需先檢測(cè)麗位,，只有在該位為低電平時(shí)，才能讀取已更新的A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果,。
1．4片內(nèi)寄存器 AD7705片內(nèi)包括8個(gè)寄存器,，其編程功能是通過對(duì)寄存器的設(shè)置來控制的，對(duì)這些寄存的讀／寫操作通過器件的串行接口來完成,。 第1個(gè)是通信寄存器,，它管理通道操作，決定下一個(gè)操作是讀操作還是寫操作,，以及下一次讀或?qū)懩囊粋€(gè)寄存器,。所有與器件有關(guān)的通信必須從寫入通信寄存器開始。上電或復(fù)位后,，器件等待在通信寄存器上進(jìn)行一次寫操作,，即接口的默認(rèn)狀態(tài)。在接口序列丟失的情況下,，如果在DIN為高電平時(shí)的寫操作持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間(至少32個(gè)串行時(shí)鐘周期),，AD7705將會(huì)回到默認(rèn)狀態(tài)。此外,，通信寄存器還控制等待模式和通道選擇,，DRDY的狀態(tài)也可從它上面讀出。下表即為通信寄存器的各位說明,。
其中,，0／DRDY位狀態(tài)與DRDY引腳狀態(tài)相同；RS2～RS0,，寄存器選擇位,；R／W，讀／寫操作選擇,；STBY為高電平則處于等待或掉電模式,；CHl~CH0，通道選擇,。 第2個(gè)是設(shè)置寄存器,，決定校準(zhǔn)模式、增益設(shè)置,、單／雙極性輸入以及緩沖模式,。 第3個(gè)是時(shí)鐘寄存器,，包括濾波器選擇和時(shí)鐘控制位。 第4個(gè)是數(shù)據(jù)寄存器,，它是16位只讀寄存器,，器件輸出的數(shù)據(jù)從這個(gè)寄存器讀出。 最后是校準(zhǔn)寄存器組,，它存儲(chǔ)通道校準(zhǔn)數(shù)據(jù),，包括測(cè)試寄存器、零標(biāo)度校準(zhǔn)寄存器和滿標(biāo)度校準(zhǔn)寄存器,。 2 AD7705的應(yīng)用 AD7705靈活的串行口使其能很容易地與大多數(shù)微處理器進(jìn)行連接,，而且AD7705具有上述的多種優(yōu)點(diǎn)，因而可將它直接與各種傳感器相連,，構(gòu)成對(duì)采樣速率要求不高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。下面介紹一種AD7705結(jié)合8031單片機(jī)進(jìn)行壓力測(cè)量的硬件接口電路及編程方法。 2．1硬件接口電路 接口電路如圖4所示,。
在此應(yīng)用中,，壓力傳感器被安裝在一個(gè)橋式電路中，在它的OUT(+)和OUT(一)端輸出差分輸出電壓,。橋式電路的激勵(lì)電壓用來為AD7705產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓,，因此，激勵(lì)電壓的變化不會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)的誤差,。AD7705的第2個(gè)通道作為一個(gè)輔助通道來測(cè)量另一個(gè)變化,，如溫度，以便消除溫度對(duì)系統(tǒng)的影響,。將AD7705的CS直接接低電平,，與8031單片機(jī)可采用2線連接。由于8031單片機(jī)的串行口通常用來與上位機(jī)進(jìn)行通信,，在這種情況下，把AD7705的DO叭’和DIN線接在一起并與8031的P1．10相連以實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的輸入和輸出,，同時(shí)必須使用一個(gè)100k12的上拉電阻,。P1．1用來輸出串行時(shí)鐘信號(hào)。DRDY的狀態(tài)通過訪問通信寄存器的首位(MSB)得到,，以確認(rèn)數(shù)據(jù)寄存器是否進(jìn)行過更新,。 2．2 AD7705的編程 以上具體說明如何對(duì)AD7705進(jìn)行編程。為避免贅述,，在本例中假定只選擇通道1作為有效通道(對(duì)通道2的數(shù)據(jù)采集編程可參照通道1),，工作條件是增益為1，沒有濾波同步,，雙極性模式,，無緩沖,，4．9512MHz的時(shí)鐘和50Hz的輸出更新速率。采集一次模擬信號(hào)的流程圖如圖5所示,。由于C語言既有一般高級(jí)語言的特點(diǎn),，又能直接操作系統(tǒng)硬件，而且具有良好的可移植性,，所以用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì),。
本例采用Franklin C51編寫源程序，如下： #include<re951．h> #define uchar unsigned char sbit P1-0=P1^0： sbit P1-1=P1^1,； sbit ACC-0=ACC^0,； uchar RLC(a)／*左循環(huán)移位一位*／ {uchar a，b,，C,； b=a》7； C=a《1,； a=clb： return(a),； } void Writetoreg(a)／*移位寫入8位數(shù)據(jù)*／ {uchar i，a,； for(i=0,；i<=7；i++) {P1—0=1,，P1—1=O,； ACC=RLC(a)； P1—0=ACC—O,；P1．1=1,； } } uchar read()／*移位讀出8位數(shù)據(jù)*／ {uchar i； for(i=0,；i<7,；i++) {P1—0=1，P1—1=O,； ACC一0=P1一O,；P1—1=1； ACC=RLC(ACC),； } retum(ACC) } void ADC7705(uchar idata*abc)／*一次模擬 數(shù)據(jù)采集*／ {uchar i,，a，reglength=2,； Writetoreg(0x20),；／*AD7705初始化*／ Writetoreg(0xoc)； Writetoreg(0x 10),； Writetoreg(0x40),； Writetoreg(0x00),； a=Read()；／*讀通信寄存器*／ while(aIxl0)／*判斷面i麗位狀態(tài)*／ {Writetoreg(0x38),；／*準(zhǔn)備讀數(shù)據(jù)寄存器*7 for(i=O,；i<feglength；i++) *adc=Read(),； } } 3結(jié)束語 AD7705是性能價(jià)格比較高的16位串行A／D轉(zhuǎn)換器,，它的雙輸入通道對(duì)于需要輔助通道以測(cè)定變量用來修正主通道的系統(tǒng)特別適合。AD7705不僅能應(yīng)用于壓力測(cè)量,，還可以應(yīng)用于溫度測(cè)量,，以及低功率、單電源的智能發(fā)射器和電池監(jiān)控中,。 參考文獻(xiàn) 1李朝青．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航 天大學(xué)出版社,，1994 2徐愛鈞，彭秀華．單片機(jī)高級(jí)語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì) [M]．北京：電子工業(yè)出版社,，1998 |
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