模數轉換器AD7791及其應用

武輝林

(1.河北省科學院應用數學研究所,河北石家莊 050081;2河北省信息安全認證工程技術研發(fā)中心,河北石家莊 050081)

模數轉換器AD7791及其應用

武輝林1,2

(1.河北省科學院應用數學研究所,河北石家莊 050081;2河北省信息安全認證工程技術研發(fā)中心,河北石家莊 050081)

介紹單電源、低功耗、高精度A/D轉換器AD7791的特點、內部寄存器結構和外部接口;并且詳細闡述AD7791與單片機A tmega64的接口技術。

AD7791;A/D轉換器;內部寄存器;單片機

AD7791是美國AD公司推出的一種高分辨率24位模數轉換器件,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,光耦合數少。由于AD7791采用了和-差(∑-Δ)轉換技術,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。

1 AD7791簡介

AD7791是適用于低頻測量應用的完整模擬前端,它使用∑-△轉換技術可以實現高達24位的無誤碼性能。它具有低噪聲(<1.1μV rm s)、0.0003%的非線性度和芯片接口電路簡單等特點。此芯片從一個內部時鐘開始工作,用戶不必再為芯片提供時鐘源。其數據更新率是軟件可編程的,并且可在9.5Hz～120Hz之間調整。在低更新率情況下,額定噪聲等于1.1μV,內部時鐘頻率可被2、4、8分頻,減少電流的損耗。數據更新速率、中止頻率和結束時間都將由時鐘頻率來衡量。芯片工作電源為2.5V～5.25V。當工作電源為3V時,電源損耗最大值為225μW。

同時AD7791在芯片內部集成的與SPITM、QSPITM、M ICROW IRETM等多種通信協議相兼容的雙向三線串口,可以方便地通過串行數據通信接口對AD7791寄存器進行設置以及數據的讀取。圖1是AD7791內部結構圖,封裝為10腳M SOP。AD7791芯片的引腳排列如表1所示。

圖1 AD7791內部結構圖

表1 AD7791引腳排列

2 AD7791的寄存器設置及數據的讀取

AD7791進行轉換時,需要對其內部寄存器進行設置,以保證轉換精度和讀取數據的正確性。

AD7791內部包含了通信寄存器、狀態(tài)寄存器、模式寄存器、濾波寄存器和數據寄存器,這些寄存器均可通過AD7791的三線串口進行訪問,實現對AD7791的工作方式、轉換參數的設置與相關數據的讀取。

2.1 通信寄存器

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,寫入的數據將決定下次讀取操作或寫操作的目標寄存器。一旦在選定的寄存上完成了一次讀或寫操作,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、寫操作的目標寄存器。對應關系如表2所示。CH1,CH 0決定通道的選擇,通常兩位都置零,用來表示差分方式即A IN(+)-A IN(-)。

表2 通信寄存器

2.2 狀態(tài)寄存器

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據寄存器是否有新的資料被更新。

2.3 模式寄存器

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;負滿量程為:0X000000;正滿量程為0XFFFFFF。

2.4 濾波器寄存器

濾波器寄存器是可讀可寫寄存器,用于設置數據的更新速率。FS0,FS1,FS2位決定了數據的更新速率,如表3所示。

表3 濾波器寄存器

系統(tǒng)的分辨率和數據更新速率有很大關系,A/D數據更新速率越快,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。

2.5 數據寄存器

A/D的轉換結果存于數據寄存器中,數據寄存器是一個只讀寄存器,一但數據寄存器中的數據被讀取位/引腳將被置高。

3 AD7791的應用

3.1 AD7791與單片機A Tmega64的接口設計

AD7791與單片機 A Tmega64的接口電路如圖2所示。A Tmega64單片機通過 SPI接口與AD7791進行通信,AD7791的片選端CS通過單片機的通用I/O口進行控制。

圖2 AD7791與ATmega64的接口電路

3.2 基準源的選取

AD7791用到的基準源芯片為AD780BR,它可以產生2.5V的精密基準電壓,其電壓波動范圍在±0.02m V內;低噪聲:100nV/;超低溫漂:最大 3ppm/℃。電壓輸出穩(wěn)定度高,時漂:20ppm/ 1000H r;輸出電流可達10m A。AD780的10m A的輸出電流足夠滿足所帶負載的要求。

3.3 AD7791編程使用流程

AD7791編程使用流程圖如圖3所示。

圖3 AD7791編程使用流程圖

4 結語

本文所介紹的技術已在溫度測量、壓力測量中得到了應用,它不但提高了系統(tǒng)抗干擾性和數據的測量精度,而且由于結構簡單也給維護帶來了方便。相信它將會以高的性價比,在各種需要A/D轉換的領域獲得廣泛應用。

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A/D converter AD7791 and itsapplication

WU Hui-lin1,2

(1.Institute of App lied M athematics,Hebei Academ y of Sciences,Shijiazhuang Hebei050081,China;2.Hebei Authentication Technology Engineering Research Center,Shijiazhuang Hebei050081,China)

This paper introduces the features,the internal structure and external interface of its register of A/D converter AD7791 w hich has single-supp ly,burns low power and achieves high p recision.And then it exp lains the interface technology of AD7791 and A tmega64.

AD7791;A/D converter;The internal register;SCM

TP335

:A

1001-9383(2011)02-0026-04

2010-09-12

武輝林(1982-),男,河北省邢臺市人,研究實習員,主要從事計算機技術應用研究與開發(fā).