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          采用I2C總線的ADS1100型16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2011-10-09 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            是采用2.7V~5.5V單電源供電的連續(xù)自校準(zhǔn)模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器。它具有分辨率、接口簡(jiǎn)單、比例放大、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。采用電源電壓為基準(zhǔn)電壓,可按比例進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,同時(shí)帶有差分輸入且具有高達(dá)16位的分辨率。


            每秒可采樣8、16、32或128次以進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,并提供I2C端口與外部通信。片內(nèi)可編程增益放大器(PGA)能提供高達(dá)8倍的增益,允許對(duì)小信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。ADS1100有二種工作方式:?jiǎn)沃芷谵D(zhuǎn)換方式和連續(xù)周期轉(zhuǎn)換方式。在單周期轉(zhuǎn)換方式中,ADS1100進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換后將自動(dòng)掉電以減少電流消耗。

            ADS1100的主要特點(diǎn)如下:

            ·16位無(wú)漏碼;

            ·可連續(xù)自校準(zhǔn);

            ·帶有可編程增益放大器(增益=1、2、4或8);

            ·可編程數(shù)據(jù)速率為8s/s~128s/s;

            ·帶有I2C端口;

            ·電源電壓范圍為2.7V~5.5V;

            ·低電流消耗(90μA)。


          1 引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

            1.1 引腳功能

            ADS1100的引腳排列如圖1所示,采用小型SOT23-6封裝,各引腳的功能如下所述。

            引腳1(VIN+):差分信號(hào)正輸入端;

            引腳2(GND):地線;

            引腳3(SCL):串行時(shí)鐘輸入端;

            引腳4(SDA):串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端;

            引腳5(VDD):+5V電壓輸入端;

            引腳6(VIN-):差分信號(hào)負(fù)輸入端。



            1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

            ADS1100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。由圖可知,ADS1100由一個(gè)帶有可調(diào)增益的Δ-∑模/數(shù)轉(zhuǎn)換器核、一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器一個(gè)I2C接口組成。ADS1100的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器核由差分開關(guān)電容Δ-∑調(diào)節(jié)器和數(shù)字濾波器組成。調(diào)節(jié)器用來(lái)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??紤]到調(diào)節(jié)器的增益和偏移誤差的影響,ADS1100內(nèi)部集成了自校準(zhǔn)電路,以進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。

            2 ADS1100的內(nèi)部寄存器

            ADS1100內(nèi)有二個(gè)寄存器:輸出寄存器和匹配寄存器,它們均可通過(guò)I2C端口訪問(wèn)。輸出寄存器內(nèi)含上一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果;配置寄存器允許用戶改變ADS1100的工作方式并查詢電路的狀態(tài)。



            2.1 輸出寄存器

            16位輸出寄存器中含有上一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果,該結(jié)果采取二進(jìn)制的補(bǔ)碼格式。在復(fù)位或上電之后,輸出寄存器被清零,并保持為0直到第一次A/D轉(zhuǎn)換完成。輸出寄存器的格式如表1所示。

            表1 輸出寄存器



            2.2 配置寄存器

            8位配置寄存器用來(lái)控制ADS1100的工作方式、數(shù)據(jù)速率和可編程增益放大器(PGA)設(shè)置。配置寄存器的默認(rèn)設(shè)置是8CH,具體模式如下:



            其中ST/BSY位表示它是被寫入還是被讀出。在單周期轉(zhuǎn)換方式中,寫“1”到ST/BSY位則導(dǎo)致轉(zhuǎn)換的開始,寫“0”則無(wú)影響。在連續(xù)方式中,ADS1100將忽略ST/BSY的值。

            在單周期轉(zhuǎn)換方式中讀地,ST/BSY表明模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是否忙于進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換。如果ST/BSY被讀作“1”,則表明目前模/數(shù)轉(zhuǎn)換器忙,轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行;如果被讀作“0”,則表明目前沒(méi)有進(jìn)行轉(zhuǎn)換,且上一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果存于輸出寄存器中。在連續(xù)方式中,ST/BSY總是被讀作“1”。



            位6和位5為保留位,必須被置為“0”。

            SC位用于控制ADS1100的工作方式。當(dāng)SC為“1”時(shí),ADS1100以單周期轉(zhuǎn)換方式工作;當(dāng)SC為“0”時(shí),ADS1100以連續(xù)轉(zhuǎn)換方式工作。該位的默認(rèn)設(shè)置為0。

            位3和位2(DR位)用于控制ADS1100的數(shù)據(jù)速率,其控制方式如表2所列。

            表2 DR位



            位1和0(PGA位)用于控制ADS1100的增益設(shè)置,控制方式如表3所列。

            表3 PGA位



            3 ADS1100讀寫操作

            3.1 ADS1100的讀操作

            用戶可從ADS1100中讀出輸出寄存器和配置寄存器的內(nèi)容。但為此要對(duì)ADS1100尋址,并從器件中讀出3個(gè)字節(jié)。前面的2個(gè)字節(jié)是輸出寄存器的內(nèi)容,第三個(gè)字節(jié)是配置寄存器的內(nèi)容。

            從AD1100中讀取多于3個(gè)字節(jié)的值是無(wú)效的。從第四個(gè)字節(jié)開始的所有字節(jié)將為FFH。ADS1100的讀操作時(shí)序如圖3所示。



            3.2 ADS1100的寫操作

            用戶可寫新的內(nèi)容至配置寄存器(但不能更改輸出寄存器的內(nèi)容)。為了做到這一點(diǎn),要對(duì)ADS1100尋址以進(jìn)行寫操作,并對(duì)ADS1100配置寄存器寫入一個(gè)字節(jié)。對(duì)ADS1100的寫操作時(shí)序如圖4所示。

            4 應(yīng)用電路

            圖5是ADS1100在某測(cè)力計(jì)中的具體應(yīng)用電路。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,傳感器的輸出信號(hào)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大,本系統(tǒng)采用低失調(diào)和低漂移的OP07運(yùn)算放大器進(jìn)行前級(jí)信號(hào)的放大和轉(zhuǎn)換,同時(shí)通過(guò)TL062進(jìn)行二級(jí)放大及零輸入調(diào)整。為了提高輸入信號(hào)的穩(wěn)定性,應(yīng)將信號(hào)通過(guò)LM310射極跟隨器傳遞到ADS1100的差分信號(hào)輸入端。



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