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1CS5532概述

CS5532是美國(guó)某公司推出的一種具有極低噪音的、多通道Δ-?型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器,由于其采用電荷平衡技術(shù)和極低噪聲的可編程增益斬波穩(wěn)定測(cè)量放大器,可得到高達(dá)24位分辨率的輸出結(jié)果,精度高,動(dòng)態(tài)特性寬,是其它類型轉(zhuǎn)換器所無(wú)法比擬的。CS5532的差動(dòng)輸入端可以直接測(cè)量來(lái)自傳感器的毫伏信號(hào),簡(jiǎn)化了與外圍電路的連接?？删幊淘鲆娣糯笃骺墒狗糯蟊稊?shù)從1～32進(jìn)行設(shè)定(以2倍步長(zhǎng)增加),大大提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。多級(jí)程控?cái)?shù)字濾波器使得數(shù)據(jù)輸出速率可選擇,范圍為7.5Hz～3.84kHz,方便了與外設(shè)的連接。該A/D轉(zhuǎn)換器有一個(gè)靈活而簡(jiǎn)便的同步串行接口,使轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)以串行方式輸出,它與SPI、Microwire兼容。

此外,CS5532內(nèi)部有一個(gè)完整的自校正系統(tǒng),可進(jìn)行自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn),可消除A/D本身的零點(diǎn)增益和漂移誤差,以及系統(tǒng)通道的失調(diào)和增益誤差。

寬動(dòng)態(tài)特性、可編程輸出速率、靈活的供電方式及簡(jiǎn)便的三線串行輸出模式,使得該A/D轉(zhuǎn)換器極易和單片機(jī)接口,廣泛適用于工業(yè)過(guò)程控制、稱重儀器、便攜式儀表及其它高分辨率測(cè)量等場(chǎng)合。

2CS5532引腳功能

CS5532是雙通道的A/D轉(zhuǎn)換器,其封裝形式有20腳雙列直插式和20線貼片式。引腳排列如圖1所示。CS5532各引腳的功能如表1所示。

3CS5532的結(jié)構(gòu)及工作原理

CS5532由多路開(kāi)關(guān)、可編程增益放大器(PGIA)、四階差動(dòng)Δ-?調(diào)制器、程控多階數(shù)字濾波器以及串口、時(shí)鐘發(fā)生器、校準(zhǔn)控制系統(tǒng)和輸出鎖存等組成。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1模擬輸入

CS5532為雙輸入通道的A/D轉(zhuǎn)換器,通過(guò)設(shè)置命令寄存器相應(yīng)位選擇轉(zhuǎn)換通道。模擬輸入范圍為:5～85mV,80mV～1.2V,200mV～2.5V,參考電壓輸入范圍為+1.0～+5.0V.

CS5532的可編程增益放大器(PGIA)的增益設(shè)置為1、2、4、8、16或32。允許小信號(hào)輸入、增益可編程等特點(diǎn),從本質(zhì)上講,增加了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍,簡(jiǎn)化了與傳感器的接口。

該A/D轉(zhuǎn)換器有3種供電方式:

(1)VA+=+5V;VA-=0V;VD+=+3～+5V;

(2)VA+=+2.5V;VA-=-2.5V;VD+=+3～+5V;

(3)VA+=+3V;VA-=-3V;VD+=+3V;外部參考電壓輸入范圍為+1.0～+5.0V.

3.2內(nèi)部寄存器

CS5532芯片內(nèi)有一微處理器,用來(lái)控制A/D與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送。該微處理器內(nèi)有一個(gè)命令寄存器,一個(gè)結(jié)構(gòu)寄存器,4個(gè)通道設(shè)置寄存器,一個(gè)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器(只讀)和各通道的增益寄存器、偏差寄存器。所有的寄存器,除了命令寄存器是8個(gè)字節(jié),其余都是32字節(jié)。

3.2.1命令寄存器

8位只寫(xiě)命令寄存器,用于存放供片內(nèi)微處理器使用的指令。該指令分為兩類,通過(guò)其最高位(D7)為0或1來(lái)區(qū)分。D7=0時(shí),寄存器指令為對(duì)其它寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作的指令;D7=1時(shí),為設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換方式、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換或校準(zhǔn)、設(shè)置通道設(shè)置寄存器指針的指令。

3.2.2結(jié)構(gòu)寄存器

32位結(jié)構(gòu)寄存器主要是用來(lái)設(shè)置芯片工作電源、軟件復(fù)位、輸入短路及參考電壓的選擇。

CS5532設(shè)計(jì)了4種供電方式:正常方式、低電量方式、備份方式和睡眠方式。系統(tǒng)一上電A/D處于正常供電方式,若結(jié)構(gòu)寄存器的LMP位(D21)(低能量方式)置“1”,A/D處于低能量工作方式,該方式可降低電量損耗,但會(huì)產(chǎn)生一些噪聲和線性誤差。后兩種方式為節(jié)能方式,由結(jié)構(gòu)寄存器的D31、D30兩位控制。

3.2.3通道設(shè)置寄存器

CS5532有4個(gè)通道設(shè)置寄存器,每個(gè)通道設(shè)置寄存器由兩個(gè)16位的設(shè)置寄存器組成。通道設(shè)置寄存器可用來(lái)指定哪一通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以何種增益進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換速率,以及轉(zhuǎn)換輸出的單/雙極性等。增益設(shè)置范圍為:1、2、4、8、16、32,轉(zhuǎn)換速率范圍為7.5Hz,15Hz,30Hz,60Hz,120Hz,240Hz,480Hz,960Hz,1.92kHz,3.84kHz(XIN=4.9152MHz)。

3.2.4數(shù)據(jù)寄存器

CS5532有兩種轉(zhuǎn)換方式:單步轉(zhuǎn)換和連續(xù)轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)寄存器中。該寄存器為只讀寄存器,共32位,其中高24位為數(shù)據(jù)位,數(shù)據(jù)輸出位串行輸出,先輸出數(shù)據(jù)最高位。

數(shù)據(jù)寄存器的D3位為溢出標(biāo)志位(OF),所得數(shù)據(jù)超出量程范圍時(shí),該位為“1”。D1和D0為通道標(biāo)志位(CI),用來(lái)表明哪一通道轉(zhuǎn)換完成。

3.2.532位增益寄存器和32位偏差寄存器每個(gè)物理通道各有一個(gè),用于存放校驗(yàn)所得的增益值和偏差值。

3.3串行接口

CS5532的串行接口有4根控制線:CS、SDI、SDO、SCLK。圖3為命令與數(shù)據(jù)傳送時(shí)序圖。CS為片選端,串口始能控制線,低電平有效。SDI為串行數(shù)據(jù)入。將數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給轉(zhuǎn)換器。SDO為串行數(shù)據(jù)出。將數(shù)據(jù)信號(hào)從轉(zhuǎn)換器送出。/CS為高電平時(shí),SDO處于高阻狀態(tài)。SCLK為串行移位時(shí)鐘,控制A/D串口數(shù)據(jù)的移位。

3.4校準(zhǔn)

CS5532內(nèi)部有一個(gè)完整的自校正系統(tǒng),分為自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)兩種方式。內(nèi)部校準(zhǔn)可在需要的時(shí)候進(jìn)行,但必須在系統(tǒng)初始化后進(jìn)行。偏差校準(zhǔn)在前,增益校準(zhǔn)在后。校正結(jié)果存在偏差和增益寄存器中。

4應(yīng)用

4.1硬件設(shè)計(jì)

滲碳液體流量監(jiān)測(cè)儀是用來(lái)對(duì)滲碳工作過(guò)程中所加入的煤油、甲醇量進(jìn)行精確測(cè)量的儀器,由于滲碳液是以“滴”加入的,每滴的重量只有幾十毫克,因此對(duì)測(cè)量用的傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器的精度要求很高。針對(duì)這一要求,采用精度為0.02的傳感器和CS5532—24位A/D轉(zhuǎn)換器,并采用89C51作為主控芯片,再加上相應(yīng)的數(shù)值處理程序,實(shí)現(xiàn)了用戶要求。

由于CS5532允許mV級(jí)信號(hào)輸入,且采用簡(jiǎn)單的三線串口通訊方式,故其與單片機(jī)及外圍設(shè)備的接口非常簡(jiǎn)單。電路原理圖見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出,單片機(jī)89C51的P0.0腳控制A/D片CS5532的片選端/CS,通過(guò)P0.1、P0.2和P0.3實(shí)現(xiàn)與A/D片的命令數(shù)據(jù)傳送。

4.2軟件設(shè)計(jì)

軟件主要包括系統(tǒng)復(fù)位初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及顯示打印模塊等。因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理以及顯示打印等與具體應(yīng)用緊密相關(guān),暫不介紹,這里介紹CS5532的初始化。

4.2.1運(yùn)用A/D串口初始化程序使CS5532串口初CS5532沒(méi)有提供系統(tǒng)上電自動(dòng)復(fù)位功能,必須先寫(xiě)一段串口初始化程序,使A/D片處于接收命令指令狀態(tài)。該程序要求先傳送15個(gè)SYNC1命令(0FFH),再傳送一個(gè)SYNC0命令(0FEH)。該程序可以在任何時(shí)候使串口重新初始化。

4.2.2A/D系統(tǒng)復(fù)位

A/D串口初始化后,還要使A/D內(nèi)部邏輯復(fù)位。該操作通過(guò)將結(jié)構(gòu)寄存器中的RS位(D29)置“1”來(lái)完成。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位周期結(jié)束后,RS位自動(dòng)回到“0”。

4.2.3參考電壓的設(shè)置

設(shè)置結(jié)構(gòu)寄存器中的VRS位(D25),選擇適當(dāng)?shù)膮⒖茧妷?。VRS=0時(shí),2.5V

4.2.4初始化通道設(shè)置寄存器CSRs,定義A/D進(jìn)行校準(zhǔn)或轉(zhuǎn)換

CSRs初始化后,A/D校準(zhǔn)就有3種選擇:

(1)不校準(zhǔn),直接利用缺省值;(2)進(jìn)行自校準(zhǔn)或系統(tǒng)校準(zhǔn);(3)調(diào)用存在偏差和增益寄存器內(nèi)的以前校準(zhǔn)內(nèi)容。校準(zhǔn)后,A/D開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換。CS5532的初始化和讀、寫(xiě)操作程序(略)。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在哈爾濱汽輪機(jī)廠的實(shí)際使用,證明基于CS5532設(shè)計(jì)的滲碳液體流量監(jiān)測(cè)儀,無(wú)論在精度還是在準(zhǔn)度上都能夠滿足用戶要求,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出流量的大小,實(shí)現(xiàn)了滲碳領(lǐng)域液體流量監(jiān)測(cè)自動(dòng)化,并填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高精度稱重儀的空白。同時(shí)也證明,在速度要求不高,信號(hào)變化大的弱信號(hào)檢測(cè)中,CS5532將獲得廣泛

的應(yīng)用。

 

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