ADSll10自校準(zhǔn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器在稱重中的應(yīng)用

時間：2010-03-24 13:45:35

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[導(dǎo)讀]引言 ADSlllO是精密的連續(xù)自校準(zhǔn)A／D轉(zhuǎn)換器，帶有差分輸入和高達(dá)16位的分辨率。片內(nèi)可編程的增益放大器PGA提供高達(dá)8倍的增益，并且允許以高分辨率對較小的信號進行測量。1 ADSll10芯片結(jié)構(gòu)及工作原理 1．1 ADS

引言
ADSlllO是精密的連續(xù)自校準(zhǔn)A／D轉(zhuǎn)換器，帶有差分輸入和高達(dá)16位的分辨率。片內(nèi)可編程的增益放大器PGA提供高達(dá)8倍的增益，并且允許以高分辨率對較小的信號進行測量。

1 ADSll10芯片結(jié)構(gòu)及工作原理
1．1 ADSll10芯片結(jié)構(gòu)
ADS1110由△-∑A／D轉(zhuǎn)換器、可程控增益放大、2．048 V的電壓基準(zhǔn)、時鐘振蕩器和I2C總線接口組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　

1．2 ADSll10工作原理
ADSlllO模數(shù)轉(zhuǎn)換器是由1個差分開關(guān)電容△-∑調(diào)節(jié)器和1個數(shù)字濾波器組成。調(diào)節(jié)器測量正模擬輸入和負(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，并輸出一個代碼。該代碼是一個與輸入電壓成比例的數(shù)字，這個數(shù)字被限定在一定范圍內(nèi)，范圍取決于代表輸出碼所需要的位數(shù)。在ADS1110中，基準(zhǔn)電壓為2．048 V，該基準(zhǔn)通常用作A／D轉(zhuǎn)換器的電壓基準(zhǔn)，不允許接外部基準(zhǔn)。ADS1110只能采用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，而且該基準(zhǔn)不能直接測得，也不能被外部電路使用。

2 ADSl110在稱重測量中的應(yīng)用
數(shù)字電子稱是日常生活中廣泛使用的一種稱量工具，市場上使用的各式小量程電子稱存在一定的局限性，這些電子稱體積大、成本高、計量誤差大。本文提出的電子稱選用低功耗、超低價控制芯片STC89C51RC和16位△-∑A／D轉(zhuǎn)換器ADSlllO，設(shè)計一種體積小、低成本、計量精度高、工作可靠的小量程電子稱。
ADSlllO與STC89C5lRC單片機組成的稱重系統(tǒng)的硬件原理如圖2所示。

設(shè)計中選用單點式荷重傳感器LC8020，其精度為O．03％，靈敏度(2．O±O．2)mV／V，額定量程5 kg，供橋電壓5 V。當(dāng)稱重傳感器滿負(fù)載5 kg時，傳感器輸出電壓變化(10±1)mV，此時要求加入ADSlllO的電壓為1 024mV。設(shè)計配置8位ADSlllO寄存器如表1所列。

位的含意取決于它是被寫入還是被讀出。在單周期轉(zhuǎn)換方式中，寫1到位則轉(zhuǎn)換開始，寫入O無影響；在連續(xù)方式中，ADSlllO忽略寫入的值。在進行讀操作時，表明輸出寄存器中的數(shù)據(jù)是否為新數(shù)據(jù)。如果為O，則剛從輸出寄存器中讀出的數(shù)據(jù)是新數(shù)據(jù)；如果為1，則剛從輸出寄存器讀出的數(shù)據(jù)以前已經(jīng)被讀取過。保留位位6和位5置為O。SC位控制ADSlllO是以連續(xù)轉(zhuǎn)換方式工作還是以單周期轉(zhuǎn)換方式工作，置SC為1時，ADS1110以單周期轉(zhuǎn)換方式工作。DR的位3和位2控制ADSlll0的數(shù)據(jù)速率，置DR的位3和位2為1表示ADSlll0的數(shù)據(jù)采樣率為15 sps。PGA的位1和O控制ADSlllO的增益，置PGA位1和O為1、O表示ADSlllO的PGA增益為4。

3 軟件設(shè)計
按照硬件電路，采用匯編語言編程，在KeilA51 V8．50環(huán)境下調(diào)試通過，并成功應(yīng)用在單片機稱重系統(tǒng)中。軟件按功能模塊，主要由LCD顯示控制、ADslllO模數(shù)轉(zhuǎn)化、超負(fù)荷報警檢測、采集數(shù)據(jù)處理、鍵盤中斷等子程序構(gòu)成。此處側(cè)重介紹ADSlll0模數(shù)轉(zhuǎn)換程序。程序代碼如下：
；定義P3．O腳為時鐘SCI，P3．1腳為數(shù)據(jù)SDA
SDA BIT P3．1 ；定義數(shù)據(jù)
SCL BIT P3．O ；定義時鐘
；配置寄存器子程序
SEND：ACALL START；主機發(fā)送開始條件
MOV A，#10010000B ；發(fā)送ADSlll0地址(末位為O表示寫)
ACALL S_BIT
ACALL G_ASK
JC STOP1 ；如果應(yīng)答失敗，結(jié)束通信
MOV A，#l0011100B；工作在單周期模式
ACALL S_BIT
ACALL G_ASK
STOP1： ACALL STOP
RET
；接收一次轉(zhuǎn)換值(3字節(jié))子程序
READ：ACALL START；主機發(fā)送開始條件
MOV A，#10010001B；發(fā)送ADSlllO地址(末位為1表示讀)
ACALL S_BIT
ACALL G_ASK
JC STOP2 ；如果應(yīng)答失敗，結(jié)束通信
ACALL READBYTE
MOV R7，A ；高字節(jié)存在R7中
CLR SDA ；發(fā)送應(yīng)答脈沖
NOP
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
CLR SCL
ACALL READBYTE
MOV R6，A ；低字節(jié)存在R6中
CLR SDA ；發(fā)送應(yīng)答脈沖
NOP
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
CLR SCL
ACALL READBYTE
MOV R5，A ；配置寄存器數(shù)據(jù)存在R5中
CLR SDA ；發(fā)送應(yīng)答脈沖
NOP
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
CLR SCL
STOP2： ACALL STOP
RET
；I2C開始子程序
START：SETB SDA
SETB SCL
NOP
NOP
CLR SDA
NOP
NOP
CLR SCL
NOP
NOP
RET
；I2C停止子程序
STOP：CLR SDA
SETB SCL
NOP
NOP
SETB SDA
NOP
NOP
CLR SCL
NOP
NOP
RET
；I2C檢測應(yīng)答子程序
G_ASK：SETB SDA
SETB SCL
NOP
NOP
MOV C，SDA
NOP
NOP
CLR SCL
RET
；接收1字節(jié)數(shù)據(jù)子程序
READBYTE：SETB SDA ；釋放總線
MOV 7FH，#8H
READ_LOOP：SETB SCL；讀取數(shù)據(jù)
NOP
NOP
MOV C，SDA
NOP
NOP
CLR SCL
RLC A
DJNZ 7FH，READ LOOP
RET
；發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)子程序
S_BIT：CLR C
CLR SCL
MOV 7FH，#8H
SEND_LOOP1：RLC A
MOV SDA，C
SETB SCL
NOP
NOP
CLR SCL
NOP
DJNZ 7FH，SEND LOOP1
RET

4 實驗結(jié)果
根據(jù)上述設(shè)計方案制作了實驗電路，各電路模塊所需的電源由電源模塊提供。電源模塊以7805為核心，為電路提供5 V穩(wěn)壓電源。
測試條件：稱重傳感器型號LC80320，額定載荷5kg，傳感器信號線長O．2 m，測試載物臺面尺寸φ100 mm，測試環(huán)境溫度27．8℃。測試結(jié)果如表2所列。

結(jié)語
將ADSlllO應(yīng)用于小量程電子稱，能充分發(fā)揮其性能特點，降低硬件成本。實驗證明，該電子稱在日常條件下工作可靠，具有精度高、體積小、讀數(shù)直觀等優(yōu)點。經(jīng)驗證實現(xiàn)秤重測量范圍O～5kg，最小分辨1 g?？梢院芎玫剡m應(yīng)日常生活需要，在民用市場上有著良好的應(yīng)用前景。