低功耗16位ADCAD7715的特性及在測量系統(tǒng)的應(yīng)用

1 引言

在壓力或溫度測量中的傳感器輸出一般是毫伏級的微弱信號，傳統(tǒng)的電路設(shè)計方法是在A/D轉(zhuǎn)換之前增加一級高精度的測量放大器，這樣一來就增加了成本，系統(tǒng)也較為復(fù)雜。AD7715具有完整的模擬前端，可以直接測量傳感器輸出的直流微弱信號，轉(zhuǎn)換精度達(dá)到16位不失碼。AD7715是ADI公司的單電源、低成本、低功耗16位ADC，適用于低頻、高精度工業(yè)級轉(zhuǎn)換。該器件采用三線串行口與微控制器或DSP系統(tǒng)聯(lián)接，通過軟件編程可以對增益、信號極性、輸入通道作出設(shè)置。

2 AD7715主要特性

AD7715為16位不失碼，線性誤差0.0015%，自帶可編程增益前置放大器，G=1，2，32和128，輸入為差分輸入，3線串行接口，帶模擬輸入緩沖器，3V或5V單電源工作，帶輸出速率可編程的低通濾波器，16引腳SIOC和DIP封裝。AD7715的功能框圖如圖1所示。

AD7715具有16個引腳，分述如下：

（1） SCLK外部串行時鐘輸入端

（2） MCLKIN、MCLKOUT主時鐘信號端（即晶振連接端）；

（3） RESET復(fù)位端；

（4） AIN（+）、AIN（-）為模擬信號輸入端；

（5） AVDD；DVDD電源

（6） REFIN（+）、REFIN（-）端；

（7） AGND；DGND接地端

（8） CS片選端；

（9） DRDY端；

（10） DOUT數(shù)據(jù)輸出端；

（11） DIN數(shù)據(jù)輸入端。

3 AD7715在測量中的典型應(yīng)用

硬件設(shè)計

AD7715只需要極少的外部元件便可以構(gòu)成一個高精度的測量儀表，利用串行接口可以和各種單片機(jī)或微處理器聯(lián)接。根據(jù)筆者的實際應(yīng)用，這里介紹AD7715與最常用的89C51聯(lián)接，組成一個測量系統(tǒng)。其接口具體電路見圖2。

從圖中可以看出，AD7715除了晶振和微調(diào)電容以外，幾乎無需其他元件。參考電壓由電橋激勵電源通過分壓電阻R1、R2提供、可以消除因激勵電壓變化引起的測量誤差。AD7715工作電源有模擬電源（AVDD）和數(shù)字電源（DVDD）之分，不需要特定的加電順序，可以先加AVDD或DVDD電源。需要注意，在REFIN、AIN和其他邏輯輸入引腳加入信號之前、應(yīng)給AD7715電源接通，以免發(fā)生閉鎖（Latch-up）。

89C51集成度高，一般不需擴(kuò)充就能滿足要求；速度快，完全可以和AD7715配合使用；低功耗，5V電源和AD7715單電源正好適合使用在便攜式儀器和電池供電的場合。

安裝AD7715的印刷線路板，應(yīng)將模擬和數(shù)字部分分隔開，限制在特定的區(qū)域內(nèi)。AGND和DGND應(yīng)當(dāng)一點連接，為星形接地點，盡量*近AD7715的位置。另外，應(yīng)將模擬地布置在器件的下面，而不要將數(shù)字地布置在下面，地線和電源線盡可能粗些。

軟件設(shè)計

AD7715通過對片內(nèi)寄存器的編程，可以實現(xiàn)增益選擇、濾波頻率選擇、轉(zhuǎn)換周期選擇、自動校準(zhǔn)和AD轉(zhuǎn)換等功能。對AD7715的任何一種操作，必須首先對通信寄存器寫入相應(yīng)代碼，然后才能對其他寄存器讀寫。

AD7715的大多數(shù)寄存器是8位寄存器，只有數(shù)據(jù)寄存器、零點校準(zhǔn)寄存器和滿量程校準(zhǔn)寄存器是16位寄存器。對于8位89C51單片機(jī)說，16位寄存器數(shù)據(jù)需要分2個字節(jié)進(jìn)行讀寫操作。

圖3示出一個AD7715自校準(zhǔn)操作的程序流程圖

4 結(jié)語

該芯片具有自校準(zhǔn)、系統(tǒng)校準(zhǔn)和背景校準(zhǔn)功能，可以消除零點誤差、滿量程誤差及溫度漂移的影響。該器件很容易與89C51接口，適合于便攜式工業(yè)溫度、壓力等儀表中應(yīng)用。