16位高性能低功耗A／D转换器AD7705及其应用

trgal 2010-10-06

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16位高性能低功耗A／D转换器AD7705及其应用

沈国民王欢谢军龙

(华中科技大学武汉，430074)

摘要：介绍了16位高性能、低功耗A／D转换器AD7705的特点，并给出了AD7705结合8031单片机进行压力测量的硬件接口电路及软件编程方法。

关键词：A／D转换器单片机压力测量

ABSTRACT：The paper describes the characters of the high—performance，low—power A／D converter AD7705，introduces its application for pressure measurement with a single chip mierocomputer8031．

KEYWORDS：A／D Converter Single chip microcomputer Pressure measurement

1 AD7705简介

1．1 主要性能

AD7705是美国AD公司新近推出的一种低成本、高分辨率A／D转换器，它适用于宽动态范

围测量、工业控制或工艺控制中的低频信号的转换。是用于智能系统、微控制系统和基于DSP系统的理想产品。其功能框图如图1所示。它具有如下功能及特点：

(1)双通道全差分模拟输入，可接受直接来自传感器的低电平的输人信号；

(2)用Σ一△转换技术实现了16位无丢失代码性能，0．003％的非线性度；

(3)可编程增益前端，增益：1—128；

(4) 可配置成三线串行接口；

(5)信号极性以及更新速率的选择可用串行输入口由软件来配置；

(6)该器件包括自校准和系统校准选项，以消除器件本身或系统的增益和偏移误差；

(7) 只需2．7～3．3V或4．75～5．25V单电源；

(8) CMOS结构确保器件具有极低功耗，3V电压时，最大功耗为lmV；

(9)等待或掉电模式下，器件消耗的电源电流仅为10ptA；

(10)主时钟频率为1MHz或2．4576MHz，数据输出更新频率有20Hz、25Hz、100Hz、200Hz、

50Hz、60Hz、250Hz、500Hz八种选择。

1．2引脚功能

AD7705的引脚排列如图2所示。其中SCLK，串行时钟输入；MCLK IN／MCLK OUT，主

主时钟信号输入／输出；CS，片选信号，低电平有效；RESET，复位输入端；AIN2(+)／AIN2(-)，差分模拟输入通道2的正／负输入端；AINl(+)／AINl(-)，差分模拟输入通道1的正／负输入端；DRDY，数据输出准备，当它为低电平表示可从AD7705的数据寄存器中获取新的输出字；DOUT／DIN，串行数据输出／输入端；电源电压，+2．7V一+5．25V；GND，内部电路的地电位基准点。

1．3工作时序

AD7705的读写时序如图3所示。

注意在读写过程中串行数据的传输顺序为高位在先，低位在后，这与8031串行口的数据传输顺序恰好相反。另外，在读取A／D转换结果时，需先检测丽位，只有在该位为低电平时，才能读取已更新的A／D转换结果。

1．4片内寄存器

AD7705片内包括8个寄存器，其编程功能是通过对寄存器的设置来控制的，对这些寄存的读／写操作通过器件的串行接口来完成。

第1个是通信寄存器，它管理通道操作，决定下一个操作是读操作还是写操作，以及下一次读或写哪一个寄存器。所有与器件有关的通信必须从写入通信寄存器开始。上电或复位后，器件等待在通信寄存器上进行一次写操作，即接口的默认状态。在接口序列丢失的情况下，如果在DIN为高电平时的写操作持续足够长的时间(至少32个串行时钟周期)，AD7705将会回到默认状态。此外，通信寄存器还控制等待模式和通道选择，DRDY的状态也可从它上面读出。下表即为通信寄存器的各位说明。

其中，0／DRDY位状态与DRDY引脚状态相同；RS2～RS0，寄存器选择位；R／W，读／写操作选择；STBY为高电平则处于等待或掉电模式；CHl~CH0，通道选择。

第2个是设置寄存器，决定校准模式、增益设置、单／双极性输入以及缓冲模式。

第3个是时钟寄存器，包括滤波器选择和时钟控制位。

第4个是数据寄存器，它是16位只读寄存器，器件输出的数据从这个寄存器读出。

最后是校准寄存器组，它存储通道校准数据，包括测试寄存器、零标度校准寄存器和满标度校准寄存器。

2 AD7705的应用

AD7705灵活的串行口使其能很容易地与大多数微处理器进行连接，而且AD7705具有上述的多种优点，因而可将它直接与各种传感器相连，构成对采样速率要求不高的数据采集系统。下面介绍一种AD7705结合8031单片机进行压力测量的硬件接口电路及编程方法。

2．1硬件接口电路

接口电路如图4所示。

在此应用中，压力传感器被安装在一个桥式电路中，在它的OUT(+)和OUT(一)端输出差分输出电压。桥式电路的激励电压用来为AD7705产生基准电压，因此，激励电压的变化不会造成系统内的误差。AD7705的第2个通道作为一个辅助通道来测量另一个变化，如温度，以便消除温度对系统的影响。将AD7705的CS直接接低电平，与8031单片机可采用2线连接。由于8031单片机的串行口通常用来与上位机进行通信，在这种情况下，把AD7705的DO叭’和DIN线接在一起并与8031的P1．10相连以实现串行数据的输入和输出，同时必须使用一个100k12的上拉电阻。P1．1用来输出串行时钟信号。DRDY的状态通过访问通信寄存器的首位(MSB)得到，以确认数据寄存器是否进行过更新。

2．2 AD7705的编程

以上具体说明如何对AD7705进行编程。为避免赘述，在本例中假定只选择通道1作为有效通道(对通道2的数据采集编程可参照通道1)，工作条件是增益为1，没有滤波同步，双极性模式，无缓冲，4．9512MHz的时钟和50Hz的输出更新速率。采集一次模拟信号的流程图如图5所示。由于C语言既有一般高级语言的特点，又能直接操作系统硬件，而且具有良好的可移植性，所以用C语言进行程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。