模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7791及其應(yīng)用

模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7791及其應(yīng)用武輝林【摘要】Thispaperintroducesthefeatures,theinternalstructureandexternalinterfaceofitsregisterofA/DconverterAD7791whichhassingle-supply,burnslowpowerandachieveshighprecision.AndthenitexplainstheinterfacetechnologyofAD7791andAtmega%介紹單電源、低功耗、高精度A/D轉(zhuǎn)換器AD7791的特點、內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)和外部接口;并且詳細(xì)闡述AD7791與單片機(jī)Atmega64的接口技術(shù)。【期刊名稱】《河北省科學(xué)院學(xué)報》【年(卷),期】2011(028)002【總頁數(shù)】4頁(P26-29)【關(guān)鍵詞】AD7791;A/D轉(zhuǎn)換器;內(nèi)部寄存器;單片機(jī)【作者】武輝林【作者單位】[1]河北省科學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所,河北石家莊050081;[2]河北省信息安全認(rèn)證工程技術(shù)研發(fā)中心,河北石家莊050081【正文語種】中文【中圖分類】TP335AD7791是美國AD公司推出的一種高分辨率24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，其靈活的串行接口使AD7791可以很方便地與微處理器或移位寄存器相連接。在將AD7791用于隔離系統(tǒng)時，光耦合數(shù)少。由于AD7791采用了和-差(牙△)轉(zhuǎn)換技術(shù),使它不受噪聲環(huán)境的影響,適用于寬動態(tài)范圍、低頻信號的測量。AD7791是適用于低頻測量應(yīng)用的完整模擬前端，它使用!-△轉(zhuǎn)換技術(shù)可以實現(xiàn)高達(dá)24位的無誤碼性能。它具有低噪聲(vl.lpVrms)、0.0003%的非線性度和芯片接口電路簡單等特點。此芯片從一個內(nèi)部時鐘開始工作,用戶不必再為芯片提供時鐘源。其數(shù)據(jù)更新率是軟件可編程的，并且可在9.5Hz~120Hz之間調(diào)整。在低更新率情況下，額定噪聲等于1.1pV,內(nèi)部時鐘頻率可被2、4、8分頻,減少電流的損耗。數(shù)據(jù)更新速率、中止頻率和結(jié)束時間都將由時鐘頻率來衡量。芯片工作電源為2.5V~5.25V。當(dāng)工作電源為3V時，電源損耗最大值為225pW。同時AD7791在芯片內(nèi)部集成的與SPITM、QSPITM、MICROWIRETM等多種通信協(xié)議相兼容的雙向三線串口，可以方便地通過串行數(shù)據(jù)通信接口對AD7791寄存器進(jìn)行設(shè)置以及數(shù)據(jù)的讀取。圖1是AD7791內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,封裝為10腳MSOP。AD7791芯片的引腳排列如表1所示。AD7791進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，需要對其內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置，以保證轉(zhuǎn)換精度和讀取數(shù)據(jù)的正確性。AD7791內(nèi)部包含了通信寄存器、狀態(tài)寄存器、模式寄存器、濾波寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，這些寄存器均可通過AD7791的三線串口進(jìn)行訪問，實現(xiàn)對AD7791的工作方式、轉(zhuǎn)換參數(shù)的設(shè)置與相關(guān)數(shù)據(jù)的讀取。通信寄存器是一個8位只寫寄存器，所有與AD7791的通信必須從寫通信寄存器開始,寫入的數(shù)據(jù)將決定下次讀取操作或?qū)懖僮鞯哪繕?biāo)寄存器。一旦在選定的寄存上完成了一次讀或?qū)懖僮?通訊接口將返回到通信寄存器的寫操作的位置,這也是通訊接口的上電默認(rèn)狀態(tài)。通信寄存器的RS1,RS0為寄存器選擇位，由這兩位的狀態(tài)決定下次讀、寫操作的目標(biāo)寄存器。對應(yīng)關(guān)系如表2所示。CH1,CH0決定通道的選擇，通常兩位都置零,用來表示差分方式即AIN(+)-AIN(-)。狀態(tài)寄存器是8位只讀寄存器。為了讀取AD7791狀態(tài)寄存器，用戶必寫通信寄存器的下一個狀態(tài)為讀操作。狀態(tài)寄存器的最主要作用是:通過讀取它的位來判斷數(shù)據(jù)寄存器是否有新的資料被更新。模式寄存器是8位可讀可寫寄存器。這個寄存器用于配置AD7791為單極性或雙極性模式、有無緩沖模式,或是芯片進(jìn)入斷電模式等。其中單雙極性決定編碼方式:單極性，零差分輸入的編碼為0X000000,滿量程為0XFFFFFF；雙極性,零差分輸入的編碼為0X800000;負(fù)滿量程為:0X000000;正滿量程為0XFFFFFF。濾波器寄存器是可讀可寫寄存器,用于設(shè)置數(shù)據(jù)的更新速率。FS0,FS1,FS2位決定了數(shù)據(jù)的更新速率,如表3所示。系統(tǒng)的分辨率和數(shù)據(jù)更新速率有很大關(guān)系,A/D數(shù)據(jù)更新速率越快，則A/D輸出噪聲越大,從而影響到系統(tǒng)的分辨率,使系統(tǒng)分辨率降低。A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果存于數(shù)據(jù)寄存器中,數(shù)據(jù)寄存器是一個只讀寄存器,一但數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)被讀取位/引腳將被置高。AD7791與單片機(jī)ATmega64的接口電路如圖2所示。ATmega64單片機(jī)通過SPI接口與AD7791進(jìn)行通信,AD7791的片選端CS通過單片機(jī)的通用I/O口進(jìn)行控制。AD7791用到的基準(zhǔn)源芯片為AD780BR,它可以產(chǎn)生2.5V的精密基準(zhǔn)電壓,其電壓波動范圍在±0.02mV內(nèi);低噪聲:100nV/;超低溫漂:最大3ppm/°C。電壓輸出穩(wěn)定度高，時漂：20ppm/1000Hr;輸出電流可達(dá)10mA。AD780的10mA的輸出電流足夠滿足所帶負(fù)載的要求。AD7791編程使用流程圖如圖3所示。本文所介紹的技術(shù)已在溫度測量、壓力測量中得到了應(yīng)用,它不但提高了系統(tǒng)抗干擾性和數(shù)據(jù)的測量精度,而且由于結(jié)構(gòu)簡單也給維護(hù)帶來了方便。相信它將會以高的性價比，在各種需要A/D轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。相關(guān)文獻(xiàn)】[1]AnalogDevices.LowPowerBuffered24-BitSigma-DeltaADCAD7791.AnalogDevices,2003.麻楚霞?工業(yè)電阻應(yīng)變式稱重變送器