模数转换器AD7791及其应用

武辉林

(1.河北省科学院应用数学研究所,河北石家庄 050081;2河北省信息安全认证工程技术研发中心,河北石家庄 050081)

模数转换器AD7791及其应用

武辉林1,2

(1.河北省科学院应用数学研究所,河北石家庄 050081;2河北省信息安全认证工程技术研发中心,河北石家庄 050081)

介绍单电源、低功耗、高精度A/D转换器AD7791的特点、内部寄存器结构和外部接口;并且详细阐述AD7791与单片机A tmega64的接口技术。

AD7791;A/D转换器;内部寄存器;单片机

AD7791是美国AD公司推出的一种高分辨率24位模数转换器件,其灵活的串行接口使AD7791可以很方便地与微处理器或移位寄存器相连接。在将AD7791用于隔离系统时,光耦合数少。由于AD7791采用了和-差(∑-Δ)转换技术,使它不受噪声环境的影响,适用于宽动态范围、低频信号的测量。

1 AD7791简介

AD7791是适用于低频测量应用的完整模拟前端,它使用∑-△转换技术可以实现高达24位的无误码性能。它具有低噪声(<1.1μV rm s)、0.0003%的非线性度和芯片接口电路简单等特点。此芯片从一个内部时钟开始工作,用户不必再为芯片提供时钟源。其数据更新率是软件可编程的,并且可在9.5Hz～120Hz之间调整。在低更新率情况下,额定噪声等于1.1μV,内部时钟频率可被2、4、8分频,减少电流的损耗。数据更新速率、中止频率和结束时间都将由时钟频率来衡量。芯片工作电源为2.5V～5.25V。当工作电源为3V时,电源损耗最大值为225μW。

同时AD7791在芯片内部集成的与SPITM、QSPITM、M ICROW IRETM等多种通信协议相兼容的双向三线串口,可以方便地通过串行数据通信接口对AD7791寄存器进行设置以及数据的读取。图1是AD7791内部结构图,封装为10脚M SOP。AD7791芯片的引脚排列如表1所示。

图1 AD7791内部结构图

表1 AD7791引脚排列

2 AD7791的寄存器设置及数据的读取

AD7791进行转换时,需要对其内部寄存器进行设置,以保证转换精度和读取数据的正确性。

AD7791内部包含了通信寄存器、状态寄存器、模式寄存器、滤波寄存器和数据寄存器,这些寄存器均可通过AD7791的三线串口进行访问,实现对AD7791的工作方式、转换参数的设置与相关数据的读取。

2.1 通信寄存器

通信寄存器是一个8位只写寄存器,所有与AD7791的通信必须从写通信寄存器开始,写入的数据将决定下次读取操作或写操作的目标寄存器。一旦在选定的寄存上完成了一次读或写操作,通讯接口将返回到通信寄存器的写操作的位置,这也是通讯接口的上电默认状态。通信寄存器的RS1,RS0为寄存器选择位,由这两位的状态决定下次读、写操作的目标寄存器。对应关系如表2所示。CH1,CH 0决定通道的选择,通常两位都置零,用来表示差分方式即A IN(+)-A IN(-)。

表2 通信寄存器

2.2 状态寄存器

状态寄存器是8位只读寄存器。为了读取AD7791状态寄存器,用户必写通信寄存器的下一个状态为读操作。状态寄存器的最主要作用是:通过读取它的位来判断数据寄存器是否有新的资料被更新。

2.3 模式寄存器

模式寄存器是8位可读可写寄存器。这个寄存器用于配置AD7791为单极性或双极性模式、有无缓冲模式,或是芯片进入断电模式等。其中单双极性决定编码方式:单极性,零差分输入的编码为0X000000,满量程为0XFFFFFF;双极性,零差分输入的编码为0X800000;负满量程为:0X000000;正满量程为0XFFFFFF。

2.4 滤波器寄存器

滤波器寄存器是可读可写寄存器,用于设置数据的更新速率。FS0,FS1,FS2位决定了数据的更新速率,如表3所示。

表3 滤波器寄存器

系统的分辨率和数据更新速率有很大关系,A/D数据更新速率越快,则A/D输出噪声越大,从而影响到系统的分辨率,使系统分辨率降低。

2.5 数据寄存器

A/D的转换结果存于数据寄存器中,数据寄存器是一个只读寄存器,一但数据寄存器中的数据被读取位/引脚将被置高。

3 AD7791的应用

3.1 AD7791与单片机A Tmega64的接口设计

AD7791与单片机 A Tmega64的接口电路如图2所示。A Tmega64单片机通过 SPI接口与AD7791进行通信,AD7791的片选端CS通过单片机的通用I/O口进行控制。

图2 AD7791与ATmega64的接口电路

3.2 基准源的选取

AD7791用到的基准源芯片为AD780BR,它可以产生2.5V的精密基准电压,其电压波动范围在±0.02m V内;低噪声:100nV/;超低温漂:最大 3ppm/℃。电压输出稳定度高,时漂:20ppm/ 1000H r;输出电流可达10m A。AD780的10m A的输出电流足够满足所带负载的要求。

3.3 AD7791编程使用流程

AD7791编程使用流程图如图3所示。

图3 AD7791编程使用流程图

4 结语

本文所介绍的技术已在温度测量、压力测量中得到了应用,它不但提高了系统抗干扰性和数据的测量精度,而且由于结构简单也给维护带来了方便。相信它将会以高的性价比,在各种需要A/D转换的领域获得广泛应用。

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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

武辉林(1982-),男,河北省邢台市人,研究实习员,主要从事计算机技术应用研究与开发.