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本文摘要:介紹了ADS110016位AD轉(zhuǎn)換器的工作原理和硬件接口設(shè)計方法,并給出了以它為基礎(chǔ)設(shè)計的自動稱重儀表的應(yīng)用實例.
隨著稱重技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對稱重儀表的測量精度和自動化稱重程度提出了越來越高的要求.目前國外的許多公司已經(jīng)推出精度很高的電子稱重儀表.而精度的提高除了與測量傳感器有關(guān)系外,A/D轉(zhuǎn)換器件也是影響稱重儀表精度的一個重要的方面.選擇合適的、高精度的模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器件將大幅度提高稱重儀表的性能和精度,減少占用硬件資源,提高使用的方便程度.TI公司剛剛出品的業(yè)界最小封裝的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1100就是一款比較理想的AD轉(zhuǎn)換器件.它廣泛應(yīng)用于對分辨率、空間和功耗要求較高的場合,典型的應(yīng)用包括稱重儀表、工業(yè)過程控制、智能變送器及溫度測量等.本文詳細(xì)介紹了ADS1100A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及接口方法,介紹了它在稱重儀表上的應(yīng)用
1　ADS1100AD轉(zhuǎn)換器的特點、結(jié)構(gòu)及引腳分布　
　ADS1100是一種高精度連續(xù)自校正的差分輸入Δ-∑AD轉(zhuǎn)換器,16位轉(zhuǎn)換精度,SOT23-6小型封裝,無需外接任何器件,最大程度的減VDD:電源SCL:串形時鐘總線SDA:串行數(shù)據(jù)總線圖2　引腳分布VIN+、IN-:輸入電壓信號+、V-少設(shè)計空間;單電源工作,供電電源2.7～5.5V,工作電壓為基準(zhǔn)電壓,低噪聲輸入,每次轉(zhuǎn)換后可自動斷電,空閑周期低功耗運行;采樣速度可編程為8、16、32、128SPS的轉(zhuǎn)換速度;輸入增益可編程設(shè)置,可選擇1、2、4、8、倍的放大增益;I2CTM串行總線接口,無漏碼傳輸;8種可選地址,內(nèi)部系統(tǒng)時鐘;可以允許較小的測量信號輸入.應(yīng)用范圍包括智能稱重儀表、過程控制、便攜式儀器以及消費類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域.它主要包括Δ-∑D轉(zhuǎn)換器,A/時鐘發(fā)生器,可編程放大器、2C接口等.
2　ADS1100的上電復(fù)位和操作模式
ADS1100在上電時自動執(zhí)行復(fù)位操作,也可以響應(yīng)主控器件(如單片機)發(fā)出的I2C總線的調(diào)用復(fù)位,執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位.
ADS1100有兩種操作模式,連續(xù)轉(zhuǎn)換模式和單步轉(zhuǎn)換模式.在連續(xù)模式下,AD轉(zhuǎn)換連續(xù)進行,每一次轉(zhuǎn)換結(jié)束,首先將結(jié)果存放在輸出寄存器里,然后進行下一次轉(zhuǎn)換.在單步模式下,首先對方式寄存器ST/BSY位置1后,ADS1100才開始轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)束,結(jié)果存放在輸出寄存器,并復(fù)位ST/BSY位.當(dāng)由連續(xù)模式轉(zhuǎn)換到單步模式時,ADS1100將完成當(dāng)前正在進行的操作,并把ST/BSY位復(fù)位.
3　稱重儀表內(nèi)部寄存器和A/D轉(zhuǎn)換計算方法
ADS1100有兩個通過I2C總線訪問的寄存器,輸出寄存器和方式寄存器,16位輸出寄存器存放AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果,上電或復(fù)位后,寄存器清零.8位方式寄存器用來實現(xiàn)ADS1100操作模式、數(shù)據(jù)傳輸率、可編程增益的控制,缺省設(shè)置位8CH
方式寄存器
ST/BSY位:在單步轉(zhuǎn)換模式下,對該位寫1,轉(zhuǎn)換開始,在轉(zhuǎn)換過程中,向該位寫1屬無效操作.在單步模式下讀操作時,該位指示AD轉(zhuǎn)換狀態(tài),ST/BSY=1,表示正在進行轉(zhuǎn)換;ST/BSY=0表示轉(zhuǎn)換結(jié)束,此時上次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存在輸出寄存器里.在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下,對該位的寫操作被忽略,而該位的讀出值始終是1.第5、6位為保護:始終為零.
SC位:操作模式選擇位,SC=1,單步轉(zhuǎn)換模式;SC=0連續(xù)轉(zhuǎn)換模式,缺省值為0.
DR1,DR0位:控制AD轉(zhuǎn)換速度.可選擇8、16、、32128SPS的轉(zhuǎn)換速度.
PGA1,PGA0:這兩位決定ADS1100的增益.可選擇1、2、4、8倍的放大增益.
A/D轉(zhuǎn)換的輸出值與輸入電壓、參考電壓和轉(zhuǎn)換速度有關(guān)系:
A/D轉(zhuǎn)換值=-1 MinCode PGA VIN+-VIN-VDD其中:PGA:為可編程增益系數(shù)VIN+-VIN-:輸入電壓差VDD:參考電壓MinCode:最小轉(zhuǎn)換碼MinCode的值與轉(zhuǎn)換速度有關(guān)系。
4 稱重儀表的ADS1100和單片機的硬件接口及其讀寫操作
由于ADS1100采用通用I2C總線接口,所以可以直接和帶有I2C總線接口的單片機相連,也可直接和不帶I2C接口的單片機相連接,應(yīng)用十分方便.基本接口電路參見圖3示.ADS1100輸入雙極型信號,但是注意不能直接轉(zhuǎn)換負(fù)電壓信號.串行數(shù)據(jù)總線SDA和串行時鐘總線SCL必須接上拉電阻,電阻值的大小選擇應(yīng)考慮功耗、總線操作速度和總線容抗問題.
通過稱重儀表I2C總線接口,單片機可以方便的實現(xiàn)對ADS1100AD轉(zhuǎn)換器的讀與操作.首先在SCL為高電平時,SDA出現(xiàn)一個下降沿啟動I2C線,然后發(fā)送的第一個字節(jié)就是ADS1100的地址,其中第(8位為讀寫方向位“1”表示接受ADS1100的數(shù)據(jù)“0”,表示發(fā)送數(shù)據(jù)給ADS1100),ADS1100接收到字節(jié)信號后要返回一個應(yīng)答信號,建立主從握手后,若是進行讀操作,ADS110依次發(fā)送輸出寄存器高位字節(jié)、低位字節(jié)和方式寄存器字節(jié)數(shù)據(jù),單片機每收到一個字節(jié)后都要返回一個應(yīng)答信號,也可只讀一個字節(jié),若多于三個字節(jié),后面收到的將是FFH.若是進行寫操作,單片機將發(fā)送方式寄存器的修改字節(jié)值,由于只有一個方式寄存器,所以在進行寫操作時ADS1100只響應(yīng)第一個字節(jié),多發(fā)無效.當(dāng)SCL為高電平時,SAD出現(xiàn)一個上升沿則停止使用I2C總線.所以在進行讀操作時,單片機可以讀取16位數(shù)據(jù)寄存器的結(jié)果和8位方式寄存器的內(nèi)容.寫操作時可以修改方式寄存器的組態(tài)位.
5　ADS1100在稱重儀表中的應(yīng)用
用ADS100作為高精度A/D轉(zhuǎn)換的芯片,開發(fā)出用于汽車氟里昂定量加注回收的高精度零點自校正稱重控制儀表.該稱重儀主要包括傳感器,輸入放大電路、D轉(zhuǎn)換電路、A/89C51單片機、顯示、鍵盤接口電路、通訊接口電路、輸出控制和報警電路等.傳感器采用濟南金鐘LPS-III剪切式傳感器(量程50KG),輸入放大電路采用高精度、低溫漂運算放大器ICL7650,采用自帶中文字庫的液晶顯示模塊,6鍵盤輸入,兩路輸出控制,一路報警輸出,RS232通訊接口.如圖5所示.該稱重控制儀可以完成氟里昂的定量快速加注、回收等功能,應(yīng)用實踐接口,如圖5所示.該稱重控制儀可以完成氟里昂的定量快速加注、回收等功能,應(yīng)用實踐表明,以ADS1100為A/D轉(zhuǎn)換組成的稱重控制儀表具有電路簡單可靠、精度高、體積小、成本低、使用靈活方便等特點,可廣泛應(yīng)用于各類高精度稱重儀表和其它智能儀表中.

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