模数转换器AD7791及其应用

模数转换器AD7791及其应用武辉林【摘要】Thispaperintroducesthefeatures,theinternalstructureandexternalinterfaceofitsregisterofA/DconverterAD7791whichhassingle-supply,burnslowpowerandachieveshighprecision.AndthenitexplainstheinterfacetechnologyofAD7791andAtmega%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Atmega64的接口技术。【期刊名称】《河北省科学院学报》【年(卷),期】2011(028)002【总页数】4页(P26-29)【关键词】AD7791;A/D转换器;内部寄存器;单片机【作者】武辉林【作者单位】[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【正文语种】中文【中图分类】TP335AD7791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(牙△)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。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(vl.lpVrms)、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1.1pV,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225pW。同时AD7791在芯片内部集成的与SPITM、QSPITM、MICROWIRETM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MSOP。AD7791芯片的引脚排列如表1所示。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。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,CH0决定通道的选择，通常两位都置零,用来表示差分方式即AIN(+)-AIN(-)。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。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。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。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。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。AD7791与单片机ATmega64的接口电路如图2所示。ATmega64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。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±0.02mV内;低噪声:100nV/;超低温漂:最大3ppm/°C。电压输出稳定度高，时漂：20ppm/1000Hr;输出电流可达10mA。AD780的10mA的输出电流足够满足所带负载的要求。AD7791编程使用流程图如图3所示。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。相关文献】[1]AnalogDevices.LowPowerBuffered24-BitSigma-DeltaADCAD7791.AnalogDevices,2003.麻楚霞•工业电阻应变式称重变送器