模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7810的原理及應(yīng)用

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD7810 的原理及應(yīng)用AD7810 是美國模擬器件公司( ANALOG Devices )生 產(chǎn)的一種低功耗 10 位高速串行 A/D 轉(zhuǎn)換器。該產(chǎn)品有 8 腳 DIP 和 SOIC 兩種封裝形式，并帶有內(nèi)部時鐘。它的外圍接 線極其簡單，AD7810的轉(zhuǎn)換時間為2卩s，采用標準SPI同 步串行接口輸出和單一電源(2.7V5.5V )供電。在自動低 功耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吞吐率為 1kSPS 時的功耗僅為 27卩W因此特點適合于便攜式儀表及各種電池供電的應(yīng)用 場合使用。1 AD7810 引腳功能AD7810 引腳排列如圖 1 所示，各引腳的功能如下：1 腳 CONVST ：轉(zhuǎn)

2、換啟動輸入信號。2 腳 VIN+ ：模擬信號同相輸入端。3 腳 VIN- ：模擬信號反相輸入端。4 腳 GND ：接地端口。5 腳 VREF ：轉(zhuǎn)換參考電壓輸入端。6 腳 DOUT ：串行數(shù)據(jù)輸出端。7 腳 SCLK ：時鐘輸入端。8 腳 VDD ：電源端。2 AD7810 主要參數(shù)AD7810 的主要參數(shù)如下： 分辨率： 10 位二進制； 轉(zhuǎn)換時間：2卩s;非線性誤差： 1LSB；電源電壓范圍：2.75.5V ;電源功耗：高速方式時為 17.5mW，低功耗方式時為 5卩W 參考電壓 VEFR 范圍： 1.2V VDD； 模擬電壓輸入范圍： 0V VREF ； 輸出形式： SPI 同步串行輸出

3、，與 TTL 電平兼容。3.1 高速模式工圖 2 是 AD7810 工作在高速模式時的時序圖。在此模式下， 啟動信號 CONVST 一般處于高電平。 在 CONVST 端輸入一 個負脈沖，其下降沿將啟動一次轉(zhuǎn)換。若采用內(nèi)部時鐘，那 么，轉(zhuǎn)換需要2s的時間（圖中t1 ）。當轉(zhuǎn)換結(jié)束時（圖中 A 點）， AD7810 會自動將轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存到輸出移位寄存器中。 此后，在每一個 SCLK 脈沖的上升沿，數(shù)據(jù)按由高到低的原 則（首先發(fā)送 DB9 ，最后發(fā)送 DB0 ）依次出現(xiàn)在 DOUT 上。 如果在轉(zhuǎn)換還未結(jié)束之前就發(fā)出 SCLK 信號來啟動數(shù)據(jù)輸出， 那么，在 DOUT 上出現(xiàn)的將是上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果

4、。啟動信號 CONVST 應(yīng)在轉(zhuǎn)換結(jié)束前變?yōu)楦唠娖?，?t3 應(yīng)小 于 t1 ，否則器件將自動進入低功耗模式。另外，串行時鐘SCLK 的最高頻率不能超過 20MHz 。3.2 自動低功耗模式圖3是AD7810工作在自動低功耗模式時的時序圖。在此模式下，啟動信號 CONVST 為低電平時，器件處于低功耗休 眠狀態(tài)。當在 CONVST 端輸入一個正脈沖時，可在其上升 沿將器件從休眠狀態(tài)喚醒，喚醒過程需要1ys的時間（圖中t2）。當器件被喚醒后，系統(tǒng)將自動啟動一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間也是2卩s （圖中t1 ）。轉(zhuǎn)換結(jié)束時，AD7810將轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存 到輸出移位寄存器中，同時自動將器件再一次置于低拉耗狀 態(tài)

5、。啟動信號CONVST正脈沖的寬度（圖2中t3）應(yīng)小于1卩s, 否則器件被喚醒后將不會自動啟動轉(zhuǎn)換， 而是將 A/D 轉(zhuǎn)換的 啟動時間順延至 CONVST 的睛降沿處。自動低功耗模式是 AD7810 是一大特鐸， 一般當數(shù)據(jù)吞吐率小于 100kSPS 時， 應(yīng)使器件工作在此模式下。在 5V 電源電壓下，當數(shù)據(jù)吞吐 率為 100kSPS 時，器件的功耗 2.7mW ；而當數(shù)據(jù)吞吐率為 10kSPS時，功耗為270卩W 若數(shù)據(jù)吞吐率為 IkSPS，貝U 其功耗僅27卩W4 AD7810 的典型應(yīng)用AD7810 應(yīng)用時幾乎不需外圍元件。圖 4 所示是其典型應(yīng)用 電路，其參考電壓 VREF 接至 VD

6、D ，模擬輸入 VIN- 接至 GND ，而待轉(zhuǎn)換電壓則從 VIN+ 輸入AD7810 幾乎可與各種 MCU 進行接口，圖 4 中的 MCU 可 以是 8051 或 PIC16C6X/7X 。當與 PIC16C6X/7X 系列單片 機進行接口時，可將 SCLK 接至單片機的 SCK （ RC3 ），將 DOUT 接至 SDI （ RC4 ），而其啟動信號 CONVST 則可接至 單片機的任意輸出口上（如 RC0 ）。由于 PIC 單片機的 SPI 方式每次只能接收 8位數(shù)據(jù)，因此 10 位數(shù)據(jù)應(yīng)分兩次讀取。 當 AD7810 與 8051 接口時，電路采用的是一種模擬串口方 式， AD7810

7、 的 SCLK 、DOUT 和 CONVST 分別接至 8051 的 P1.0 、 P1.1 和 P1.2 ，只要嚴格按照 AD7810 的時序要求 操作，一般接口都不會有問題。這種方式實際上可擴展到所 有的 MCU 種類。另外， 8051 也可利用其串行口工作方式 0 與 AD7810 進行通訊（圖中未畫出） ，但這時應(yīng)解決好兩個 問題：一是由于8051在TXD的上升沿進行采樣，這樣，TXD 應(yīng)經(jīng)過一個反相器再接到 SCLK ，而將 RXD 接至 DOUT ， 然后將 CONVST 接至任意一個輸出端口。 二是 8051 串行口 首先接收低位數(shù)據(jù)，這一點與 AD7810 剛好相反，因此，編

8、程時應(yīng)當注意。下面給出 PIC16C6X/7X 和 8051 分別與 AD7810 進行通訊 的兩段程序， 作者只對與 A/D 轉(zhuǎn)換有關(guān)的部分進行了編寫 （常 用資源定義、芯片定義等均未列出） ，兩段程序均可鈄AD7810 的工作控制在自動低功耗方式。 8051 與 AD7810 通訊程序如下：START ：CLR P1.0 ；初始化SETB P1.0CLR P1.2LOOP ：CALL CON0. ；主程序省略；A/D 轉(zhuǎn)換子程序，返回時數(shù)據(jù)低8 位在 R2 中，高 2 位在R3 中CONO : MOV R1 , #10 ; 10 位數(shù)據(jù)MOV R2 ， #0SETB P1.2 ；喚醒啟動

9、AD7810CLR P1.2CON1 : SETB P1.0 ；發(fā)送 SCLK 信號MOV C ， P1.1 ；讀一位數(shù)據(jù)CLR P1.0MOV A ， R2 ；數(shù)據(jù)移位RLC AMOV R2 ， AMOV A ， R3RLC AMOV R3 ， ADJNZ R1 ， CON1RETPIC16C6X/7X 與 AD7810 的通訊程序如下：REG1 EQU 0X20 ；寄存器定義REG2 EQU 0X21CLRF PORTC ；端口初始化BSF STATUS ， RP0MOVLW 0X30MOVWF TRISCBCF STATUS ， PR0BCF SSPCON ， SSPENMOVLW 0X

10、00 ； SPI 初始化MOVWF SSPCONBSF SSPCON ， SSPEN SPI 開放LOOP CALL ADCON. ；主程序省略；A/D 轉(zhuǎn)換子程序，返回時數(shù)據(jù)低 8 位在 REFG1 中，高 2 位在 REG2 中ADCON BSF PORTC ， 0 ；喚醒啟動 AD7810BCF PORTC ， 0MOVWF SSPBUF ；啟動接收高 8 位BSF STATUS ， RP0CON1 BTFSS SSPSTAT,BF ；數(shù)據(jù)已接收？GOTO CON1 ；沒有收到BCF STATUS ， RP0MOVF SSPBUF ， WMOVWF REG1 ；高 8 位送 REG1MOVWF SSPBUF ；啟動接收低 2 位BSF STATUS ， PR0CON1 BTFSS SSPSTAT ， BF ；數(shù)據(jù)已接收？GOTO CON1 ；沒有收到BCF STATUS ， RP0MO