1CS5532概述

CS5532是美國某公司推出的一種具有極低噪音的、多通道Δ-΢型模擬/數字轉換器,由於其采用電荷平衡技術和極低噪聲的可編程增益斬波穩定測量放大器,可得到高達24位分辨率的輸出結果,精度高,動態特性寬,是其它類型轉換器所無法比擬的。CS5532的差動輸入端可以直接測量來自傳感器的毫伏信號,簡化了與外圍電路的連接。可編程增益放大器可使放大倍數從1～32進行設定(以2倍步長增加),大大提高了係統的動態特性。多級程控數字濾波器使得數據輸出速率可選擇,範圍為7.5Hz～3.84kHz,方便了與外設的連接。該A/D轉換器有一個靈活而簡便的同步串行接口,使轉換數據以串行方式輸出,它與SPI、Microwire兼容。

此外,CS5532內部有一個完整的自校正係統,可進行自校準和係統校準,可消除A/D本身的零點增益和漂移誤差,以及係統通道的失調和增益誤差。

寬動態特性、可編程輸出速率、靈活的供電方式及簡便的三線串行輸出模式,使得該A/D轉換器極易和單片機接口,廣泛適用於工業過程控製、稱重儀器、便攜式儀表及其它高分辨率測量等場合。

2CS5532引腳功能

CS5532是雙通道的A/D轉換器,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的結構及工作原理

CS5532由多路開關、可編程增益放大器(PGIA)、四階差動Δ-΢調製器、程控多階數字濾波器以及串口、時鍾發生器、校準控製係統和輸出鎖存等組成。其結構如圖2所示。

3.1模擬輸入

CS5532為雙輸入通道的A/D轉換器,通過設置命令寄存器相應位選擇轉換通道。模擬輸入範圍為:5～85mV,80mV～1.2V,200mV～2.5V,參考電壓輸入範圍為+1.0～+5.0V.

CS5532的可編程增益放大器(PGIA)的增益設置為1、2、4、8、16或32。允許小信號輸入、增益可編程等特點,從本質上講,增加了係統的動態範圍,簡化了與傳感器的接口。

該A/D轉換器有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;外部參考電壓輸入範圍為+1.0～+5.0V.

3.2內部寄存器

CS5532芯片內有一微處理器,用來控製A/D與外設之間的數據傳送。該微處理器內有一個命令寄存器,一個結構寄存器,4個通道設置寄存器,一個轉換數據寄存器(隻讀)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個字節,其餘都是32字節。

3.2.1命令寄存器

8位隻寫命令寄存器,用於存放供片內微處理器使用的指令。該指令分為兩類,通過其最高位(D7)為0或1來區分。D7=0時,寄存器指令為對其它寄存器進行讀寫操作的指令;D7=1時,為設置A/D轉換方式、啟動A/D轉換或校準、設置通道設置寄存器指針的指令。

3.2.2結構寄存器

32位結構寄存器主要是用來設置芯片工作電源、軟件複位、輸入短路及參考電壓的選擇。

CS5532設計了4種供電方式:正常方式、低電量方式、備份方式和睡眠方式。係統一上電A/D處於正常供電方式,若結構寄存器的LMP位(D21)(低能量方式)置“1”,A/D處於低能量工作方式,該方式可降低電量損耗,但會產生一些噪聲和線性誤差。後兩種方式為節能方式,由結構寄存器的D31、D30兩位控製。

3.2.3通道設置寄存器

CS5532有4個通道設置寄存器,每個通道設置寄存器由兩個16位的設置寄存器組成。通道設置寄存器可用來指定哪一通道進行轉換,以何種增益進行轉換,轉換速率,以及轉換輸出的單/雙極性等。增益設置範圍為:1、2、4、8、16、32,轉換速率範圍為7.5Hz,15Hz,30Hz,60Hz,120Hz,240Hz,480Hz,960Hz,1.92kHz,3.84kHz(XIN=4.9152MHz)。

3.2.4數據寄存器

CS5532有兩種轉換方式:單步轉換和連續轉換。

轉換後的數據存放在數據寄存器中。該寄存器為隻讀寄存器,共32位,其中高24位為數據位,數據輸出位串行輸出,先輸出數據最高位。

數據寄存器的D3位為溢出標誌位(OF),所得數據超出量程範圍時,該位為“1”。D1和D0為通道標誌位(CI),用來表明哪一通道轉換完成。

3.2.532位增益寄存器和32位偏差寄存器每個物理通道各有一個,用於存放校驗所得的增益值和偏差值。

3.3串行接口

CS5532的串行接口有4根控製線:CS、SDI、SDO、SCLK。圖3為命令與數據傳送時序圖。CS為片選端,串口始能控製線,低電平有效。SDI為串行數據入。將數據信號傳送給轉換器。SDO為串行數據出。將數據信號從轉換器送出。/CS為高電平時,SDO處於高阻狀態。SCLK為串行移位時鍾,控製A/D串口數據的移位。

3.4校準

CS5532內部有一個完整的自校正係統,分為自校準和係統校準兩種方式。內部校準可在需要的時候進行,但必須在係統初始化後進行。偏差校準在前,增益校準在後。校正結果存在偏差和增益寄存器中。

4應用

4.1硬件設計

滲碳液體K8凯发登录入口監測儀是用來對滲碳工作過程中所加入的煤油、甲醇量進行精確測量的儀器,由於滲碳液是以“滴”加入的,每滴的重量隻有幾十毫克,因此對測量用的傳感器和A/D轉換器的精度要求很高。針對這一要求,采用精度為0.02的傳感器和CS5532—24位A/D轉換器,並采用89C51作為主控芯片,再加上相應的數值處理程序,實現了用戶要求。

由於CS5532允許mV級信號輸入,且采用簡單的三線串口通訊方式,故其與單片機及外圍設備的接口非常簡單。電路原理圖見圖4。

從圖4可以看出,單片機89C51的P0.0腳控製A/D片CS5532的片選端/CS,通過P0.1、P0.2和P0.3實現與A/D片的命令數據傳送。

4.2軟件設計

軟件主要包括係統複位初始化模塊、A/D轉換控製模塊、數據處理模塊以及顯示打印模塊等。因為A/D轉換、數據處理以及顯示打印等與具體應用緊密相關,暫不介紹,這裏介紹CS5532的初始化。

4.2.1運用A/D串口初始化程序使CS5532串口初CS5532沒有提供係統上電自動複位功能,必須先寫一段串口初始化程序,使A/D片處於接收命令指令狀態。該程序要求先傳送15個SYNC1命令(0FFH),再傳送一個SYNC0命令(0FEH)。該程序可以在任何時候使串口重新初始化。

4.2.2A/D係統複位

A/D串口初始化後,還要使A/D內部邏輯複位。該操作通過將結構寄存器中的RS位(D29)置“1”來完成。當一個係統複位周期結束後,RS位自動回到“0”。

4.2.3參考電壓的設置

設置結構寄存器中的VRS位(D25),選擇適當的參考電壓。VRS=0時,2.5V

4.2.4初始化通道設置寄存器CSRs,定義A/D進行校準或轉換

CSRs初始化後,A/D校準就有3種選擇:

(1)不校準,直接利用缺省值;(2)進行自校準或係統校準;(3)調用存在偏差和增益寄存器內的以前校準內容。校準後,A/D開始進行轉換。CS5532的初始化和讀、寫操作程序(略)。

5.結束語

通過在哈爾濱汽輪機廠的實際使用,證明基於CS5532設計的滲碳液體K8凯发登录入口監測儀,無論在精度還是在準度上都能夠滿足用戶要求,實時監測出K8凯发登录入口的大小,實現了滲碳領域液體K8凯发登录入口監測自動化,並填補了國內高精度稱重儀的空白。同時也證明,在速度要求不高,信號變化大的弱信號檢測中,CS5532將獲得廣泛

的應用。

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