CS5522高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片的調(diào)試與應(yīng)用

摘 要：本文介紹了采用高精度、具有片內(nèi)PGA的CS5522轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)雙通道電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，詳細(xì)分析了寄存器的配置方法、操作模式及校準(zhǔn)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，芯片設(shè)置合理，達(dá)到了高精度測(cè)量的預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：CS5522；A/D轉(zhuǎn)換；Δ-Σ校準(zhǔn)；寄存器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP211

CS5522是Cirrus Logic公司生產(chǎn)的高集成度的Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），它通過(guò)采用電荷平衡技術(shù)達(dá)到24-bit的性能?？捎米鲀赏ǖ繟DC采集，它內(nèi)部集成有一個(gè)低輸入電流、斬波儀表放大器和一個(gè)可編程增益放大器（PGA），該P(yáng)GA提供了25mV、55mV、100mV、1V、2.5V和5V等可選的輸入信號(hào)范圍。為了應(yīng)用于地基準(zhǔn)熱電偶，芯片內(nèi)還集成有一個(gè)電荷泵驅(qū)動(dòng)電路，為片上放大器提供負(fù)偏置電壓。為方便和單片機(jī)的通訊，芯片內(nèi)還集成有一個(gè)簡(jiǎn)單易用的三線(xiàn)串行接口，該接口與SPITM和MicrowireTM兼容。適用于單電源供電下隔離或非隔離的低電平信號(hào)的測(cè)量采集[1]。

1 硬件連接

圖1 CS5522引腳排列及說(shuō)明

CS5522內(nèi)部的模擬輸入通道框圖，其前端包括一個(gè)多路復(fù)用器（配置前斷開(kāi)）、一個(gè)增益固定為20的斬波儀表放大器、粗/細(xì)電荷緩沖器和一個(gè)增益可編程部件。對(duì)于25mV，55mV，100mV輸入范圍，輸入信號(hào)由20倍儀表放大器放大。對(duì)于1V，2.5V和5V輸入范圍，儀表放大器被旁路，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)粗/細(xì)電荷緩沖器被送至增益可編程部件。CS5522規(guī)定VREF+與VREF-之間的參考電壓為2.5V。參考電壓接到轉(zhuǎn)換器的VREF+引腳，VREF-引腳接地。VREF+與VREF-之間的差分電壓范圍為1.0V-VA+，VREF+不能高于VA+，VREF-不能低于NBV。

圖2 測(cè)量系統(tǒng)原理圖

CS5522與單片機(jī)的連接方式有兩種：三線(xiàn)制和四線(xiàn)制。CS片選信號(hào)，SDI數(shù)據(jù)輸入，SDO數(shù)據(jù)輸出，SCLK時(shí)鐘同步信號(hào)。當(dāng)只應(yīng)用一個(gè)CS5522芯片進(jìn)行A/D測(cè)試時(shí)，可以將CS片選引腳接地處理。上圖2為測(cè)量系統(tǒng)原理圖[2，3]。

2 SPI接口設(shè)置

CS5522的串行接口包括4條控制線(xiàn)：CS、SCLK、SDI、SDO。CS片選，是使訪問(wèn)串口有效的控制線(xiàn)。當(dāng)CS管引腳接低電平時(shí)，串行口可以作為3線(xiàn)接口運(yùn)行。SDI串行數(shù)據(jù)輸入，用于將數(shù)據(jù)輸入到轉(zhuǎn)換器。SDO串行數(shù)據(jù)輸出，用于輸出轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)。只要CS為邏輯1時(shí)，SDO就保持高阻抗。SCLK串行時(shí)鐘，是控制串口數(shù)據(jù)輸入或輸出的串行移位時(shí)鐘。只有當(dāng)CS引腳為低電平（邏輯0）時(shí)，SCLK的變化才能被串口邏輯識(shí)別[4]。

3 寄存器設(shè)置

3.1 ADC寄存器結(jié)構(gòu)和操作模式

CS5522的片內(nèi)控制器有一些用戶(hù)可訪問(wèn)的寄存器。這些寄存器用于保存偏移和增益校準(zhǔn)結(jié)果、設(shè)置芯片操作模式、保存轉(zhuǎn)換指令和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器每個(gè)轉(zhuǎn)換通道都有用于該通道偏移和增益校準(zhǔn)的24bit寄存器，雙通道轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)偏移和增益校準(zhǔn)寄存器，這些寄存器用于保存校準(zhǔn)結(jié)果，其內(nèi)容可讀寫(xiě)，這就使得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可被下載到一個(gè)外部的EEPROM，用戶(hù)可通過(guò)改變這些寄存器的內(nèi)容去改變轉(zhuǎn)換器的偏移和增益校準(zhǔn)基值[5，6]。

表1 CS5522寄存器配置表

寫(xiě)配置命令寄存器0X03

寫(xiě)通道命令寄存器0X05

轉(zhuǎn)換命令寄存器（CSRP0）0X80

轉(zhuǎn)換命令寄存器（CSRP1）0X90

通道內(nèi)容寄存器（物理通道1）0X07B07B

通道內(nèi)容寄存器（物理通道2）0X0FB0FB

配置內(nèi)容寄存器0X103000

3.2 讀/寫(xiě)偏移、增益和配置寄存器

CS5522的偏移、增益和配置寄存器可分別讀寫(xiě)。要寫(xiě)偏移、增益和配置寄存器，應(yīng)先傳輸特定寄存器的相應(yīng)的命令字，后跟24bit數(shù)據(jù)。要向物理通道1的增益寄存器寫(xiě)0x800000（H），應(yīng)先傳輸命令字0x02（H），其后跟數(shù)據(jù)0x800000（H）。同樣，要讀物理通道1的增益寄存器，也應(yīng)先傳輸命令0x0A（H），然后再讀出24bit的數(shù)據(jù)。讀寫(xiě)操作結(jié)束后，返回到命令模式。表1為CS5522的寄存器配置內(nèi)容表。

3.3 讀/寫(xiě)通道設(shè)置寄存器

CS5522有兩個(gè)24bit的通道設(shè)置寄存器（CSR）。這些寄存器必須和配置寄存器中的深度指針位一起訪問(wèn)。每個(gè)CSR包括兩個(gè)12bit的Setup，這些Setup經(jīng)程序設(shè)定，用于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換和校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息息，比如：（1）輸出鎖存引腳的狀態(tài)；（2）輸出字速率；（3）增益范圍；（4）極性；（5）被轉(zhuǎn)換的物理輸入通道地址。配置寄存器中的深度指針位決定了將要被訪問(wèn)的CSR的數(shù)目，所以在讀寫(xiě)CSR前，應(yīng)先初始化深度指針位。

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)選用高精度、具有片內(nèi)PGA的Σ-△模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片CS5522，實(shí)現(xiàn)多通道的增益可編程控制實(shí)時(shí)采集，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)測(cè)量精度。整體應(yīng)用轉(zhuǎn)換精度高，穩(wěn)定性能良好，基本達(dá)到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡春海，張冬花，韓非.CS5522型A/D轉(zhuǎn)換器及其在小角度測(cè)量中的應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件，2005（11）：54-56.

[2]CS5522_en Product Data Sheet[Z].http：//www.cirrus.com/en，2014.

[3]李海真，孫運(yùn)強(qiáng)，許鴻鷹.高精度多路溫度采集模塊硬件電路設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2008（12）：58-64.

[4]郭凌，施元春，沈曉東.用CS5522/24/28開(kāi)發(fā)精密稱(chēng)重儀表[J].科技應(yīng)用，2004（03）：22-23.

[5]李增躍，劉志超，何健.CS5521 A/D轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)校準(zhǔn)的簡(jiǎn)便方法[J].河北工業(yè)科技，2003（02）：19-24.

[6]王洪一.PLC數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：裴銳（1982-），男，遼寧沈陽(yáng)人，碩士，工程師，主要研究方向：測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器。

作者單位：沈陽(yáng)計(jì)量測(cè)試院，沈陽(yáng) 110179