摘要 介紹一種高分辨率的雙路A/D轉(zhuǎn)換器AD7711，能滿足雙路A/D采樣要求。內(nèi)容包括AD7711的特點，內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)和外部接口，并詳細闡述了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中AD7711與單片機AT89S8252的接口技術(shù)，包括硬件接口電路和軟件程序設(shè)計及其注意事項。
關(guān)鍵詞 A/D轉(zhuǎn)換器AD7711 單片機AT89S8252 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)ADG609
AD7711是美國AD公司推出的一種高分辨率的雙路模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，采用sigma-delta技術(shù)實現(xiàn)24位無丟失碼操作，具有抗干擾能力強、受噪聲環(huán)境影響小的優(yōu)點，因而成為工業(yè)和過程控制應(yīng)用中的理想選擇。
1. AD7711的特點如下：
電荷平衡式A/D轉(zhuǎn)換器，24 位分辨率，0.0015％非線性度；
兩路可編程輸入，增益可設(shè)置為1～128，一路差分輸入，一路單端對地輸入；
帶有可編程低通濾波器；
帶有RTD激勵電流源;
可讀/寫校驗參數(shù)；
雙向微控制器串行接口；
內(nèi)部/外部參考點選擇，單/雙電源操作，帶有掉電模式的低電壓。
AD7711是理想的用于低頻測量應(yīng)用的A/D，直接接受來自傳感器的低電平信號并輸出串行數(shù)字。輸入信號適用于基于模擬模式的可編程前置增益，輸入為差分模擬輸入通道和單端對地模擬輸入通道，這部分能提供兩個電流源用于作為三線和四線RTD配置的激勵，簡化了RTD測量溫度的電路設(shè)計，可執(zhí)行各種信號狀態(tài)并轉(zhuǎn)換為單或雙通道系統(tǒng)。輸出模式可通過片內(nèi)控制寄存器編程實現(xiàn)片內(nèi)數(shù)字濾波器濾波。A/D的增益設(shè)置、信號極性、輸入通道選擇和RTD電流控制都能用雙向串口軟件設(shè)置AD7711片內(nèi)的24位可讀/寫控制寄存器實現(xiàn)。AD7711所含的自我校驗、系統(tǒng)校驗、背景標定選擇也允許用戶讀/寫片內(nèi)校驗寄存器，并且軟件可編程掉電模式。
2. AD7711的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳介紹（如圖1所示）
AD7711包括一個sigma-delta ADC、數(shù)字濾波器、可編程放大器、時鐘發(fā)生器、24位控制/數(shù)據(jù)/校準寄存器、200uA恒流源。
2.1 AD7711的引腳介紹：
SCLK為串行時鐘的輸入/輸出端，可用MODE腳的狀態(tài)來控制。當MODE＝1時，芯片工作在內(nèi)部時鐘方式，此時SCLK腳輸出的是串行時鐘信號，當RFS或TFS變低時，SCLK被激活；而當RFS或TFS中的一個為高或器件完成一個輸出字的傳送后，SCLK轉(zhuǎn)為高阻態(tài)。當MODE＝0時，芯片工作在外部時鐘方式，此時輸入的串行時鐘可用作數(shù)據(jù)傳送的移位脈沖。
SDATA為串行數(shù)據(jù)的輸出/輸入端，輸入時，CPU將把數(shù)據(jù)字寫入到器件的控制寄存器，輸出時，CPU將讀取控制寄存器、校準寄存器、數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)；在讀操作期間，RFS變低之后串行數(shù)據(jù)有效；而在寫操作期間，在TFS變低之后上升沿載入有效數(shù)據(jù)。
RTD1和RTD2為恒流源輸出端，可用作RTD的激勵電流，通過對控制寄存器的編程來控制通/斷。
A0為寄存器地址選擇端，A0置低時選控制寄存器，置高時選數(shù)據(jù)或自校準寄存器；
RFS/、TFS/分別為輸入或輸出幀同步端；
MCLK IN和MCLK OUT為主時鐘頻率的連接端；
SYNC/為數(shù)字濾波器的復(fù)位端；
AIN1(+)和AIN1(-)為差分模擬信號的輸入端；
AIN2為單端對地模擬信號的輸入端；
DRDY/為A/D轉(zhuǎn)換完成端；
REF IN+和REF IN－為外加參考電壓輸入端；
REF OUT為參考電壓輸出端。
2.2 AD7711的控制寄存器
AD7711的工作狀態(tài)可通過程序向器件內(nèi)部寫入控制字來設(shè)定，輸入控制字時，必須連續(xù)寫入24 位數(shù)據(jù)，若寫入的數(shù)據(jù)不足，這些數(shù)據(jù)就不會被加載到控制寄存器。具體格式為：
MSB為MD2，LSB為FS0。
MD2、MD1、MD0用于確定AD7711的工作方式；
G2、G1、G0用來確定輸入通道的增益，000～111分別對應(yīng)1～128；
CH可確定輸入通道號，0為AIN1，1為AIN2；
PD＝0為掉電模式選擇，PD＝1為正常模式；
RO決定激勵電流源的開/斷，0為斷，1為開；
WL為字長選擇定義位，0時字長為16位，1時字長為24位；
BO為電流控制位，0時關(guān)斷內(nèi)部電流源，1時允許該電流流出；
B/U=0時雙極性輸入，B/U＝1時單極性輸入。
另外，AD7711在芯片內(nèi)部集成了一個三階數(shù)字濾波器。由FS12~FS0編程決定第一個凹點頻率，器件的轉(zhuǎn)換率。適合于數(shù)據(jù)采集速率較慢的場合。
3. 數(shù)采系統(tǒng)中AD7711的模擬通道輸入接口
在我們所設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,采集溫度傳感器輸送的4路RTD信號和壓力、可燃起濃度、流量、轉(zhuǎn)速傳感器輸送的4路4～20mA的電流信號，這八路模擬信號經(jīng)兩個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)ADG609后分別與AD7711的兩路模擬輸入通道連接（如圖2）。其中AD7711的電源連接、主時鐘連接和參考電壓連接均可參考圖2所示。
AD7711的模擬電源與數(shù)字電源采用單5V電源供電，將AVDD端和DVDD端連在一起，分別經(jīng)兩個并聯(lián)的電容與模擬地連接。AD7711采用外部時鐘模式，其主時鐘頻率為10MHz，由MCLK1和MCLK0引腳輸入。由RTD1和RTD2引腳提供的兩個200uA連續(xù)激勵電流源通過對控制寄存器的RO位編程實現(xiàn)開/關(guān)。在如圖2所示RTD應(yīng)用中，一個用來為RTD提供激勵電流源，另一個為精密采樣電阻提供恒流源構(gòu)成基準參考電壓。RTD輸入差分模擬輸入通道,4～20mA電流信號輸入單端對地模擬輸入通道。
