淺論ADS1110自校準(zhǔn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器在稱(chēng)重中的應(yīng)用

引言

ADS1110是精密的連續(xù)自校準(zhǔn)A／D轉(zhuǎn)換器，帶有差分輸入和高達(dá)16位的分辨率。片內(nèi)可編程的增益放大器PGA提供高達(dá)8倍的增益，并且允許以高分辨率對(duì)較小的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。

1ADS1110芯片結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1ADS1110芯片結(jié)構(gòu)

ADS1110由△-∑A／D轉(zhuǎn)換器、可程控增益放大、2.048 V的電壓基準(zhǔn)、時(shí)鐘振蕩器和I2C總線(xiàn)接口組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2ADS1110工作原理

ADS1110模數(shù)轉(zhuǎn)換器是由1個(gè)差分開(kāi)關(guān)電容△-∑調(diào)節(jié)器和1個(gè)數(shù)字濾波器組成。調(diào)節(jié)器測(cè)量正模擬輸入和負(fù)模擬輸入的壓差，并將其與基準(zhǔn)電壓相比較，數(shù)字濾波器從調(diào)節(jié)器接收高速位流，并輸出一個(gè)代碼。該代碼是一個(gè)與輸入電壓成比例的數(shù)字，這個(gè)數(shù)字被限定在一定范圍內(nèi)，范圍取決于代表輸出碼所需要的位數(shù)。在ADS1110中，基準(zhǔn)電壓為2.048 V，該基準(zhǔn)通常用作A／D轉(zhuǎn)換器的電壓基準(zhǔn)，不允許接外部基準(zhǔn)。ADS1110只能采用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，而且該基準(zhǔn)不能直接測(cè)得，也不能被外部電路使用。

2 ADS1110在稱(chēng)重測(cè)量中的應(yīng)用

數(shù)字電子稱(chēng)是日常生活中廣泛使用的一種稱(chēng)量工具，市場(chǎng)上使用的各式小量程電子稱(chēng)存在一定的局限性，這些電子稱(chēng)體積大、成本高、計(jì)量誤差大。本文提出的電子稱(chēng)選用低功耗、超低價(jià)控制芯片STC89C51RC和16位△-∑A／D轉(zhuǎn)換器ADS1110，設(shè)計(jì)一種體積小、低成本、計(jì)量精度高、工作可靠的小量程電子稱(chēng)。

ADS1110與STC89C51RC單片機(jī)組成的稱(chēng)重系統(tǒng)的硬件原理如圖2所示。

設(shè)計(jì)中選用單點(diǎn)式荷重傳感器LC8020，其精度為0.03％，靈敏度（2.0±0.2）mV／V，額定量程5 kg，供橋電壓5 V。當(dāng)稱(chēng)重傳感器滿(mǎn)負(fù)載5 kg時(shí)，傳感器輸出電壓變化（10±1）mV，此時(shí)要求加入ADS1110的電壓為1 024mV。設(shè)計(jì)配置8位ADS1110寄存器如表1所列。

ST／DRTY位的含意取決于它是被寫(xiě)入還是被讀出。在單周期轉(zhuǎn)換方式中，寫(xiě)1到ST／DRTY位則轉(zhuǎn)換開(kāi)始，寫(xiě)入0無(wú)影響；在連續(xù)方式中，ADS1110忽略寫(xiě)入ST／DRTY的值。在進(jìn)行讀操作時(shí)，ST／DRTY雨表明輸出寄存器中的數(shù)據(jù)是否為新數(shù)據(jù)。如果ST／DRTY為0，則剛從輸出寄存器中讀出的數(shù)據(jù)是新數(shù)據(jù)；如果ST／DRTY為1，則剛從輸出寄存器讀出的數(shù)據(jù)以前已經(jīng)被讀取過(guò)。

保留位位6和位5置為0。SC位控制ADS1110是以連續(xù)轉(zhuǎn)換方式工作還是以單周期轉(zhuǎn)換方式工作，置SC為1時(shí)，ADS1110以單周期轉(zhuǎn)換方式工作。DR的位3和位2控制ADS1110的數(shù)據(jù)速率，置DR的位3和位2為1表示ADS1110的數(shù)據(jù)采樣率為15 sps。PGA的位1和0控制ADS1110的增益，置PGA位1和0為1、0表示ADS1110的PGA增益為4。

3軟件設(shè)計(jì)

按照硬件電路，采用匯編語(yǔ)言編程，在KeilA51 V8.50環(huán)境下調(diào)試通過(guò)，并成功應(yīng)用在單片機(jī)稱(chēng)重系統(tǒng)中。軟件按功能模塊，主要由LCD顯示控制、ADS1110模數(shù)轉(zhuǎn)化、超負(fù)荷報(bào)警檢測(cè)、采集數(shù)據(jù)處理、鍵盤(pán)中斷等子程序構(gòu)成。此處側(cè)重介紹ADS1110模數(shù)轉(zhuǎn)換程序。程序代碼如下：

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案制作了實(shí)驗(yàn)電路，各電路模塊所需的電源由電源模塊提供。電源模塊以7805為核心，為電路提供5 V穩(wěn)壓電源。

測(cè)試條件：稱(chēng)重傳感器型號(hào)LC8020，額定載荷5 kg，傳感器信號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)0.2 m，測(cè)試載物臺(tái)面尺寸? 100 mm，測(cè)試環(huán)境溫度27.8℃。測(cè)試結(jié)果如表2所列。

結(jié)語(yǔ)

將ADS1110應(yīng)用于小量程電子稱(chēng)，能充分發(fā)揮其性能特點(diǎn)，降低硬件成本。實(shí)驗(yàn)證明，該電子稱(chēng)在日常條件下工作可靠，具有精度高、體積小、讀數(shù)直觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)秤重測(cè)量范圍0～5 kg，最小分辨1 g?？梢院芎玫剡m應(yīng)日常生活需要，在民用市場(chǎng)上有著良好的應(yīng)用前景。

編輯：jq