多通道高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7718原理與應(yīng)用

1、1多通道高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7718原理與應(yīng)用解放軍信息工程大學(xué)信息工程學(xué)院六系（450002）陳鋮武安河摘要：本文從外部引腳和內(nèi)部可編程寄存器兩方面講解了多通道高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7718，并通過一個24bits分辨率的數(shù)據(jù)采集電路介紹了AD7718的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7718數(shù)據(jù)采集The Principle And Application Of 10-Channel 24-Bit Resolution工- ADCs AD7718In stitute of In formati on Engin eeri ng. In formati on Engin eeri ng Uni v

2、ersity of PLA,Zhe ngzhou 450002,Ch inaChe n Che ng, Wu AnHeAbstract: The AD7718 is a 10-channel 24-bit resolution 工- Analog To Digital Converter. This paper prese nts firstly its pin and con sist, and the n desig ns a data acquisiti on scheme.Key Words: ADC, AD7718, Data Acquisition1概述在低頻測量應(yīng)用中，AD771

3、8是一個單電源供電（+3V或+5V）的完整前端。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出片內(nèi)有一個帶PGA （ Programmable Gain Amplifier，可編程增益放大器）的-型 ADC （Analog to Digital Converter ，模數(shù)轉(zhuǎn)換器）。ADC 的分辨率為 24 bits , PGA 的范圍為 2027, 8檔可編程。所以，AD7718能直接轉(zhuǎn)換范圍在 20mV2.56V之間的輸入信號而無須信號調(diào)理 電路。AD7718片內(nèi)還有一個多路開關(guān)MUX，可以將模擬輸入配置成4或5通道差分輸入，也可以配置成8或10通道偽差分輸入。AD7718需要外接32KHZ晶體，片內(nèi)

4、PLL通過它產(chǎn)生所需要的工 作時鐘。圖1 AD7718的內(nèi)部功能框圖DOLITDINSCLKC5RD'y RESET2外部引腳AD7718的外部引腳有28個(參見圖1 )。按性質(zhì)主要分為模擬、數(shù)字兩個部分。模擬部分引腳有模擬輸入、參考電壓輸入和模擬電源三類。配置成偽差分輸入時最多有10個通道， 模擬信號分別從AIN1AIN10輸入，共同參考AINCOM引腳；配置成差分輸入時最多有 5個通道，AIN1AIN10 中相鄰2個輸入分別是差分對的同相輸入端和反相輸入端。參考電壓一般為 REFIN1(+)與REFINI(-)的差。當AD7718配置成8通道時，參考電壓還可選 REFIN2(+)-

5、REFIN2(-)。因為這2個引腳與模擬 輸入引腳 AIN9和AIN10復(fù)用。數(shù)字部分引腳有 SPI接口、數(shù)據(jù)就緒、通用I/O 口和數(shù)字電源四類。SPI接口的4根標準信號線 分別是片選信號 CS、串行時鐘輸入 SCLK、串行數(shù)據(jù)輸入 DIN和串行數(shù)據(jù)輸出 DOUT。當AD7718 接在SPI總線上時是從器件，從引腳 CS輸入低電平信號使能 AD7718。數(shù)據(jù)就緒RDY是一個低電 平有效的輸出引腳。當所選通道數(shù)據(jù)寄存器中有有效數(shù)據(jù)時，輸出低電平信號；數(shù)據(jù)被讀出后，輸出高電平。AD7718的通用I/O 口是2個一位口 P1和P2。它們既可配置成輸入也可配置成輸出，單 片機通過SPI 口讀寫AD77

6、18片內(nèi)相關(guān)寄存器實現(xiàn)對 P1和P2的操作。它們擴展了單片機的I/O接口能力。AD7718的模擬電源和數(shù)字電源是分別供電的，都既可以采用 +3V供電，也可以采用+5V供電。 但必須一致，要么都用 +3V，要么都用+5V。3片內(nèi)寄存器芯片內(nèi)部寄存器是用戶可以使用的資源，通過對這些寄存器的操作實現(xiàn)對器件的配置和控制。AD7718片內(nèi)有很多寄存器，用戶可以使用的寄存器有9組，如表1所示。表1 AD7718片內(nèi)寄存器地址名稱符號長度R/W缺省值0000通信奇存器，Communi cati on RegisterCR8W00H0000狀態(tài)寄存器，Status RegisterSR8R00H0001模式奇

7、存器，MODE RegisterMR8R/W00H0010控制寄存器，ADC Con trol RegisterADCCON8R/W07H0011濾波寄存器，F(xiàn)ilter RegisterFR (SF)8R/W45H0100數(shù)據(jù)奇存器，ADC Data RegisterDATA24R000000H0101失調(diào)奇存器， ADC Offset RegisterOF0424R/W800000H0110增益寄存器，ADC Gain RegisterGN0424R/W5xxxx5H0111 I/O 控制寄存器，I/O Con trol RegisterIOCON8R/W00H所有與AD7718的通信都必

8、須先從寫通信寄存器開始，寫入的數(shù)據(jù)決定下一次操作是讀還是寫,以及讀寫的是哪一個寄存器。芯片上電或復(fù)位后，AD7718等待著寫通信寄存器。狀態(tài)寄存器SR是一個8位寄存器(SR7SR0),但只有4位有意義。其中 SR7( RDY )是數(shù)據(jù) 就緒狀態(tài)位，與引腳 RDY意義相同，但編碼互補。狀態(tài) RDY =1，表示轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)已傳送到數(shù)據(jù)寄存器中或校準周期完成；當轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被讀取后自動清0。當向模式寄存器中寫入數(shù)據(jù)選擇轉(zhuǎn)換或校準時，該位也被清0。模式寄存器 MR用于設(shè)置AD7718的工作方式、參考電壓、通道配置和模數(shù)轉(zhuǎn)換方式等。當MR7(CHOP)=0，AD7718工作在斬波(chopping )方式，此時

9、 AD7718各種性能最佳，但轉(zhuǎn)換速度 較慢。當MR6 (NEGBUF)=1 , AINCOM 緩沖輸入。此位僅在單端方式時有意義。當MR5( REFSEL)REFSEL =0，參考電壓 VREF=REFIN1(+)-REFIN1(-) ； REFSEL =1，VREF=REFIN2(+)-REFIN2(-)。當MR4( CHCON)=0，AD7718配置成8通道(8個單端或4對差分)，此時可以選擇兩種參考電壓之一；CHCON =1 ，AD7718配置成10通道，此時參考電壓只能選擇REFIN1(+)-REFIN1(-)。當MR3( OSCPD)=1，若ADC進入備用模式(standby mo

10、de)時將使振蕩器停振， 這樣可以減少功耗。 重新恢復(fù)時需要 300ms的時間。MR2MR0 ( MD2MD0 )是ADC模式選擇位。用 3位組合選擇表 明AD7718有8種工作模式：掉電、空閑、單次轉(zhuǎn)換、連續(xù)轉(zhuǎn)換、零點校正、滿幅校正等?？刂萍拇嫫?ADCCON用于配置輸入通道、輸入范圍和轉(zhuǎn)換極性。在選擇通道的同時還動態(tài)配置輸入為差分或偽差分。濾波器寄存器FR是一個8位寄存器，用于存放 8 bits濾波器抽取因子 SF。其取值與轉(zhuǎn)換速率1 1有如下關(guān)系：當 CHOP =0 , f =- X_ X32768 , SF=13255 ; CHOP =1 ,ADC 3 8 XSF1f =X32768,

11、 SF=3255。1 ADC 8 XSFI/O控制寄存器IOCON實現(xiàn)對2個通用一位I/O 口 P1和P2的操作。ADC數(shù)據(jù)結(jié)果寄存器 DATA是一個字長24 bits的寄存器，存放所選通道的24 bits轉(zhuǎn)換結(jié)果。單極性模式時，轉(zhuǎn)換結(jié)果的編碼為:AIN XGAIN1.024 XVREF X2雙極性模式時，轉(zhuǎn)換結(jié)果的編碼為:AIN XGAIN1.024 XVREF23+1) X2式中,AIN為模擬輸入電壓，GAIN為增益，VREF為參考電壓。4應(yīng)用實例4.1數(shù)據(jù)采集電路AD7718的應(yīng)用比較簡單，模擬輸入可直接與傳感器相連，數(shù)字接口(標準的SPI接口)直接與單片機相連。圖 2是一個5對差分輸入

12、24bits分辨率的數(shù)據(jù)采集電路。從圖中可以看出：AD7718的模擬輸入前只設(shè)計了一個簡單的濾波電路（圖中只畫了一個差分通道的濾波電路），輸入范圍可以根據(jù)信號實際情況設(shè)置片內(nèi)PGA的放大倍數(shù)來確定。AD7718的SPI 口直接接在單片機的 SPI 口上。如所選的單片機沒有 SPI接口，可用普通I/O 口模擬。AD7718的片選信號CS是輸入信號，接在單片機的一個普通I/O 口上（通常是接譯碼電路輸出）。AD7718的數(shù)據(jù)就緒RDY則作為中斷信號接 到單片機的中斷輸入引腳上，當然也可接在普通I/O 口上而采用查詢方式。CH1 +C29103CH1-R2 27KC30105C6 R110427KC

13、7104_105F TC0°A+5 C39一 1u2C37220nINOUTTEMPTRIMNCNCGNDSELU34REF25C38 220n<1C12104A+5C4122u34AIN1XTAL1AIN2XTAL2AIN3AIN4AIN5-CSAIN6-RDYAIN7SCLKAIN8DINAIN9/REF2+DOUTAIN10/REF2-AINCOMP1P2REF1 +REF1-RESETAVDDDVDDAGNDDGNDAGNDU4282/12186AD771878-91015 一121321 ADC_CS1 -22 T120 SCLK24 MOUT23MINC49 =C511u102C421120pY1132.768KHZC4320p26102I q19 ADRSTD+5圖2數(shù)據(jù)采集電路4.2初始化編程AD7718在上電復(fù)位后應(yīng)進行工作模式、輸入范圍等初始化設(shè)置，其一般步驟如圖3所示。初始化后就可選擇通道、啟動轉(zhuǎn)換、用中斷或查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。開始.寫通信寄存器選擇下一次操作是寫10控制寄存器寫10控制寄存器配置10 口寫通信寄存器選擇下一次操作是寫 濾波寄存器寫濾波寄存器設(shè)置濾波系數(shù)圖3初始化AD7718的步驟5結(jié)束語AD7718的應(yīng)用設(shè)計比較簡單，但實際應(yīng)用時要注意各種參數(shù)對性能的影響。如轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出