基于ad7714的高精度隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(1)(已修改)
2025-01-28 13:31 本頁面
【正文】 基于AD7714的高精度隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)摘要 簡要介紹24位Σ△模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7714的性能和特點，詳細講解該芯片在高精度測量儀器中的應(yīng)用。敘述如何使用AD7714實現(xiàn)多路、多量程的直流電壓測量，重點說明SPI數(shù)據(jù)總線的光電隔離實現(xiàn)辦法，并根據(jù)工程實踐總結(jié)提高抗干擾能力的途徑和印制電路板的的制作要點。采用上述辦法，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成功地組合了多個AD7714，實現(xiàn)多路μA級電流的精密測量。文中給出相關(guān)電路原理圖和MCS51單片機與AD7714的接口程序?qū)嵗?。關(guān)鍵詞 AD7714 光電隔離 SPI 數(shù)據(jù)采集 在高精度及多路采樣設(shè)備中，A／D芯片選用的恰當與否對系統(tǒng)整體性能的表現(xiàn)好壞非常關(guān)鍵。目前，由于數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，對信號采集前向通道的器件要求也不斷提高，特別是對器件的采樣分辨率、采樣速度以及采樣通道數(shù)等參數(shù)的要求越來越嚴格。 本系統(tǒng)測量采用極化繼電器的力臂控制盒儀器設(shè)計，需要測量的數(shù)據(jù)變化范圍大，精度要求高，測量的通道數(shù)多。同時，由于本系統(tǒng)測量電路相對復(fù)雜，各信號間容易產(chǎn)生干擾，而高速運轉(zhuǎn)的電機信號產(chǎn)生的干擾將會使系統(tǒng)癱瘓。針對上述情況，筆者采用多路輸入、高精度的A／D轉(zhuǎn)換器AD7714，與MCU之間的通信采用光電隔離技術(shù)。1 AD7714的基本情況 AD7714是一個完整的用于低頻測量應(yīng)用場合的模擬前端。它的3線串行接口與SPI、QSPI、MICROWEIR兼容。通過軟件可對增益設(shè)定、信號極性和通道選擇作出配置。AD7714的主要特點如下： ◇最高可實現(xiàn)24位無誤碼輸出，同時保證0．0015％的非線性度； ◇具有前端增益可編程放大器，增益值為1～128，內(nèi)含可編程低通濾波器和可讀寫系統(tǒng)校準系數(shù)； ◇有5通道輸入，可根據(jù)需要采用3路差分輸入或5路準差分輸入； ◇低噪聲(150 nV rms)； ◇低功耗，典型電流值為226μA(省電模式僅為4 μA)； ◇采用單5 V供電(AD77145)或單3 V供電(AD77143)方式。 AD7714提供24腳DIP、SOIC、TSSOP及28腳SSOP封裝。其引腳功能如圖1所示(以24DIP封裝為例)。AD7714的功能方框圖如圖2所示。2 系統(tǒng)中的實際應(yīng)用 AD7714外圍接口配置 POL時鐘極性。輸入低電平時，數(shù)據(jù)傳送操作中串行時鐘的第1個跳變是從低電平至高電平。輸入高電平時，數(shù)據(jù)傳送操作中串行時鐘的第1個跳變是從高電平至低電平。 RESET邏輯輸入端。低電平有效輸入，它把器件的控制邏輯、接口邏輯、數(shù)字濾波器以及模擬調(diào)制器復(fù)位到上電狀態(tài)。本系統(tǒng)是通過在DIN輸入端寫入一系列的1來進行軟件復(fù)位，使AD7714返回到等待對通信寄存器進行寫操作的狀態(tài)。 用軟件進行復(fù)位需要注意兩點：一是AD7714的DIN線寫邏輯1至少達32個串行時鐘周期；二是寫到任何寄存器的信息是未知的，因而要再次設(shè)置所有的寄存器。 CS芯片選擇。用于選擇AD7714的低電平有效邏輯輸入端。當此輸入端由硬件連線設(shè)置為低電平時，AD7714工作在其3線接口模式。 SYNCL邏輯輸入端。當使用多個AD7714時，它用于數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器的同步。 AD7714與MCU的接口 AD7714與MCU之間的接口關(guān)系如圖3所示，圖3中給出了輸入和輸出的電路轉(zhuǎn)換。為了能夠獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，AD7714與MCU之間加入光隔離器。光隔離器件采用的是隔離電壓高、速度快、共模抑制性強的6N137。由于6N137的速度快，編程中不需要進行適當?shù)难訒r就能滿足光隔離器的電平建立時間。試驗表明通過光隔離器，獲得的穩(wěn)定數(shù)據(jù)能夠增加3～4位(二進制位)。 AD7714的CS接地，使AD7714始終工作在SPI接口模式。對每個接口模塊的控制是通過74LSl25的三態(tài)允許端來實現(xiàn)的。對其中一個SPI接口操作時，使其74LSl25處于選通狀態(tài)，而其他SPI接口的74LSl25處于高阻狀態(tài)。這樣可實現(xiàn)微處理器單獨對一個接口進行操作，而不影響其他接口。CPU通過對三態(tài)緩沖器74LSl25控制，可實現(xiàn)多個接口共用相同的數(shù)據(jù)線。圖3中的DACS是控制具有SPI總線的D／A轉(zhuǎn)換器芯片。
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