本文摘要:介紹了ADS110016位AD轉換器的工作原理和硬件接口設計方法,並給出了以它為基礎設計的自動稱重儀表的應用實例.
隨著稱重技術的不斷發展,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係外,A/D轉換器件也是影響稱重儀表精度的一個重要的方麵.選擇合適的、高精度的模數AD轉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公司剛剛出品的業界最小封裝的模數轉換器ADS1100就是一款比較理想的AD轉換器件.它廣泛應用於對分辨率、空間和功耗要求較高的場合,典型的應用包括稱重儀表、工業過程控製、智能變送器及溫度測量等.本文詳細介紹了ADS1100A/D轉換器的結構組成、工作原理以及接口方法,介紹了它在稱重儀表上的應用
1　ADS1100AD轉換器的特點、結構及引腳分布　
　ADS1100是一種高精度連續自校正的差分輸入Δ-∑AD轉換器,16位轉換精度,SOT23-6小型封裝,無需外接任何器件,最大程度的減VDD:電源SCL:串形時鍾總線SDA:串行數據總線圖2　引腳分布VIN+、IN-:輸入電壓信號+、V-少設計空間;單電源工作,供電電源2.7～5.5V,工作電壓為基準電壓,低噪聲輸入,每次轉換後可自動斷電,空閑周期低功耗運行;采樣速度可編程為8、16、32、128SPS的轉換速度;輸入增益可編程設置,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,內部係統時鍾;可以允許較小的測量信號輸入.應用範圍包括智能稱重儀表、過程控製、便攜式儀器以及消費類電子產品等領域.它主要包括Δ-∑D轉換器,A/時鍾發生器,可編程放大器、2C接口等.
2　ADS1100的上電複位和操作模式
ADS1100在上電時自動執行複位操作,也可以響應主控器件(如單片機)發出的I2C總線的調用複位,執行內部複位.
ADS1100有兩種操作模式,連續轉換模式和單步轉換模式.在連續模式下,AD轉換連續進行,每一次轉換結束,首先將結果存放在輸出寄存器裏,然後進行下一次轉換.在單步模式下,首先對方式寄存器ST/BSY位置1後,ADS1100才開始轉換,轉換結束,結果存放在輸出寄存器,並複位ST/BSY位.當由連續模式轉換到單步模式時,ADS1100將完成當前正在進行的操作,並把ST/BSY位複位.
3　稱重儀表內部寄存器和A/D轉換計算方法
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轉換的結果,上電或複位後,寄存器清零.8位方式寄存器用來實現ADS1100操作模式、數據傳輸率、可編程增益的控製,缺省設置位8CH
方式寄存器
ST/BSY位:在單步轉換模式下,對該位寫1,轉換開始,在轉換過程中,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轉換狀態,ST/BSY=1,表示正在進行轉換;ST/BSY=0表示轉換結束,此時上次A/D轉換的結果保存在輸出寄存器裏.在連續轉換模式下,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,單步轉換模式;SC=0連續轉換模式,缺省值為0.
DR1,DR0位:控製AD轉換速度.可選擇8、16、、32128SPS的轉換速度.
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轉換的輸出值與輸入電壓、參考電壓和轉換速度有關係:
A/D轉換值=-1 MinCode PGA VIN+-VIN-VDD其中:PGA:為可編程增益係數VIN+-VIN-:輸入電壓差VDD:參考電壓MinCode:最小轉換碼MinCode的值與轉換速度有關係。
4 稱重儀表的ADS1100和單片機的硬件接口及其讀寫操作
由於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換負電壓信號.串行數據總線SDA和串行時鍾總線SCL必須接上拉電阻,電阻值的大小選擇應考慮功耗、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對ADS1100AD轉換器的讀與操作.首先在SCL為高電平時,SDA出現一個下降沿啟動I2C線,然後發送的第一個字節就是ADS1100的地址,其中第(8位為讀寫方向位“1”表示接受ADS1100的數據“0”,表示發送數據給ADS1100),ADS1100接收到字節信號後要返回一個應答信號,建立主從握手後,若是進行讀操作,ADS110依次發送輸出寄存器高位字節、低位字節和方式寄存器字節數據,單片機每收到一個字節後都要返回一個應答信號,也可隻讀一個字節,若多於三個字節,後麵收到的將是FFH.若是進行寫操作,單片機將發送方式寄存器的修改字節值,由於隻有一個方式寄存器,所以在進行寫操作時ADS1100隻響應第一個字節,多發無效.當SCL為高電平時,SAD出現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位數據寄存器的結果和8位方式寄存器的內容.寫操作時可以修改方式寄存器的組態位.
5　ADS1100在稱重儀表中的應用
用ADS100作為高精度A/D轉換的芯片,開發出用於汽車氟裏昂定量加注回收的高精度零點自校正稱重控製儀表.該稱重儀主要包括傳感器,輸入放大電路、D轉換電路、A/89C51單片機、顯示、鍵盤接口電路、通訊接口電路、輸出控製和報警電路等.傳感器采用濟南金鍾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,兩路輸出控製,一路報警輸出,RS232通訊接口.如圖5所示.該稱重控製儀可以完成氟裏昂的定量快速加注、回收等功能,應用實踐接口,如圖5所示.該稱重控製儀可以完成氟裏昂的定量快速加注、回收等功能,應用實踐表明,以ADS1100為A/D轉換組成的稱重控製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,可廣泛應用於各類高精度稱重儀表和其它智能儀表中.

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