模拟技术
1 引言
在压力或温度测量中的传感器输出一般是毫伏级的微弱信号,传统的电路设计方法是在A/D转换之前增加一级高精度的测量放大器,这样一来就增加了成本,系统也较为复杂。AD7715具有完整的模拟前端,可以直接测量传感器输出的直流微弱信号,转换精度达到16位不失码。AD7715是ADI公司的单电源、低成本、低功耗16位ADC,适用于低频、高精度工业级转换。该器件采用三线串行口与微控制器或DSP系统联接,通过软件编程可以对增益、信号极性、输入通道作出设置。
2 AD7715主要特性
AD7715为16位不失码,线性误差0.0015%,自带可编程增益前置放大器,G=1,2,32和128,输入为差分输入,3线串行接口,带模拟输入缓冲器,3V或5V单电源工作,带输出速率可编程的低通滤波器,16引脚SIOC和DIP封装。AD7715的功能框图如图1所示。
AD7715具有16个引脚,分述如下:
(1) SCLK外部串行时钟输入端
(2) MCLKIN、MCLKOUT主时钟信号端(即晶振连接端);
(3) RESET复位端;
(4) AIN(+)、AIN(-)为模拟信号输入端;
(5) AVDD;DVDD电源
(6) REFIN(+)、REFIN(-)端;
(7) AGND;DGND接地端
(8) CS片选端;
(9) DRDY端;
(10) DOUT数据输出端;
(11) DIN数据输入端。
3 AD7715在测量中的典型应用
硬件设计
AD7715只需要极少的外部元件便可以构成一个高精度的测量仪表,利用串行接口可以和各种单片机或微处理器联接。根据笔者的实际应用,这里介绍AD7715与最常用的89C51联接,组成一个测量系统。其接口具体电路见图2。
从图中可以看出,AD7715除了晶振和微调电容以外,几乎无需其他元件。参考电压由电桥激励电源通过分压电阻R1、R2提供、可以消除因激励电压变化引起的测量误差。AD7715工作电源有模拟电源(AVDD)和数字电源(DVDD)之分,不需要特定的加电顺序,可以先加AVDD或DVDD电源。需要注意,在REFIN、AIN和其他逻辑输入引脚加入信号之前、应给AD7715电源接通,以免发生闭锁(Latch-up)。
89C51集成度高,一般不需扩充就能满足要求;速度快,完全可以和AD7715配合使用;低功耗,5V电源和AD7715单电源正好适合使用在便携式仪器和电池供电的场合。
安装AD7715的印刷线路板,应将模拟和数字部分分隔开,限制在特定的区域内。AGND和DGND应当一点连接,为星形接地点,尽量*近AD7715的位置。另外,应将模拟地布置在器件的下面,而不要将数字地布置在下面,地线和电源线尽可能粗些。
软件设计
AD7715通过对片内寄存器的编程,可以实现增益选择、滤波频率选择、转换周期选择、自动校准和AD转换等功能。对AD7715的任何一种操作,必须首先对通信寄存器写入相应代码,然后才能对其他寄存器读写。
AD7715的大多数寄存器是8位寄存器,只有数据寄存器、零点校准寄存器和满量程校准寄存器是16位寄存器。对于8位89C51单片机说,16位寄存器数据需要分2个字节进行读写操作。
图3示出一个AD7715自校准操作的程序流程图
4 结语
该芯片具有自校准、系统校准和背景校准功能,可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响。该器件很容易与89C51接口,适合于便携式工业温度、压力等仪表中应用。
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