AD7715模数转换器在小信号测量中的应用

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文章编号：l000-8829（2003）09-0066-03

《测控技术》2003年第22卷第9期

AD77l5模数转换器在小信号测量中的应用

ApplicationofAD77l5A/DConverterinSmallSignalsMeasuring

孙 海，孟 祥，邓学伟

（北华大学信息工程学院，吉林吉林 l3202l）

摘要：介绍了AD77l5模数转换器在小信号检测时的优点，并给出了它与单片机的接口电路及采样程序，最后介绍了它在测量小信号时的技巧。

关键词：小信号；AD77l5；!-"

中图分类号：TP2ll文献标识码：BAbstract:TheadvantageofAD77l5insmaIIsignaIsmeasuringisintroduced,thentheinterfacecircuitbetweenAD77l5A/DconverterandmicrocontroIIer,andsampIingprogramarepresented.FinaIIy,theusingtechniguesinsmaIIsignaIsmeasuringisrecommended.Keywords:smaIIsignaI;AD77l5;!-"

小信号的测量历来是智能仪器仪表及测控领域中的关键技术。以前人们常采用专用仪表放大器对小信号进行放大测量，但价格高限制了仪表放大器的使用。对于范围变化较大（如热电偶的信号从负几十毫伏到正几十毫伏）的小信号，必须先用较高档的放大器进行第一级放大，然后再根据不同信号采用不同的放大倍数进行第二次放大，最后采用抗干扰能力较强的双积分模数转换器将小信号转换成数字量。这样使用了多个器件，既增加了成本，也降低了可靠性。自从美国ADI公司推出AD77XX系列芯片后，使上述难题得以很好的解决。

l AD77l5模数转换器的优点

（l）AD77l5本身具有程控放大器。

AD77l5是AD77XX系列芯片中的l6位模数转换器，也是采用!-"技术的ADC的代表产品。AD77l5内置的程控放大器有l，2，32，l28四种增益选

收稿日期：2003-0l-l5作者简介：孙海（l964—），男，吉林德惠人，副教授，工学学士，主要从事智能仪表研发以及单片机应用、计算机控制技术的教学和科研工作。

择［3］，能够满足绝大多数场合的需要。

（2）

AD77l5采用了!-"原理，具有较强的干扰抑制能力。

!-"式ADC原理结构图如图l所示。这里!表示求和，"表示增量。它采用了过采样技术把更多的量化噪声压缩到基本频带外的高频区，然后经数字滤波器去除大部分量化噪声，这样既提高了分辨率又使

总的信噪比大大提高

［l］

。!-"ADC具有积分式与反馈式ADC的双重优点。由于它是在电荷平衡式V/F转换器基础上改进的，取消了电荷平衡式V/F转换器中较!-"为复杂的单稳定时电路，而用比较简单的D触发器代替，对精密元件的要求降低。!-"ADC同双积分ADC转换器一样对串模干扰具有抑制能力，又由于它是一个连续转换的闭环系统，对于组成电路的某些元件的要求低于双积分ADC转换器。

（3）AD77l5具有较高的性能价格比。

由于AD77l5采用!-"转换技术，

数字电路占有很大比重，使制造成本降低。AD77l5又是AD77l4的精简型号产品，因此具有较高的性能价格比。

另外，

AD77l5还具有测量信号可从-30mV 2.5V，0.00l5%的非线性、差动输入、三线串行接口、缓冲输入、输出更新速度可编程等特点，因此AD77l5!-"ADC特别适用于低频模拟小信号的测量。

有关AD77l5中各种寄存器的设定及使用请参考

文献［3］

。

AD77l5模数转换器在小信号测量中的应用?67?

存器，然后是写设定寄存器，接着查询DRDY信号。DRDY信号变低后可写入读数据寄存器命令，如果这

则可以将本次采样的l6位结果时DRDY仍为低电平，

分两次读出，每次8位。

以下是对78mV以下的小信号的采样程序，其电路如图2所示。

CAIYANGSETBPl.6：

SETBPl.4SETBPl.5SETBPl.7

；初始化

2 AD77l5与单片机的接口

AD77l5可以方便地同具有SPI（串行外围接口）

接口的单片机和微处理器配合使用，也可以方便地与68系列单片机相连。在我国使用最普遍的是MCS-5l系列单片机，5l系列机虽然有串行口，但使用起来仍

然而，它有较强的位不如具有SPI接口的单片机方便，

处理功能，可以用口线模仿时钟和时序信号，因此同样可以使用AD77l5。图2为AD77l5与MCS-5l单片机的接线图。图中Pl.4为CLK信号输出，Pl.5与DIN引脚相连，Pl.7与DOUT引脚相连，Pl.6与DRDY相连，片选信号直接接地，复位信号与数字电源相连，当然，这后两个信号也可分别与MCS-5l单片机的其他口线相连。图中AD78O是2.5V

基准电压。

3 采样程序

图3

为采样程序流程框图。采样时要先写通信寄

MOVRO，#CYBUF；CYBUF为采样缓冲器首地址

LPO2：

MOVA，#l2H；写通信寄存器、增益32（78mV以下信号）LCALLSENDMOVA，#64H；写设定寄存器（5OHz采样、自校验方式、单端输入、不加缓冲、不加同步）LCALLSEND

WAIT：

SETBPl.6MOVC，Pl.6JCWAIT

；判断DRDY是否为低，不是则等待MOVRO，#CYBUFMOVA，#39H；读数据寄存器命令

LCALLSENDCLRA

WAITl：SETBPl.6

MOVC，Pl.6JCWAITlLCALLREADMOV@RO，AINCROCLRALCALLREAD

MOV@RO，ASJMP8；采样结束；!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

READ：

CLRC；读子程序

SETBPl.4MOVB，#O8H

NEXT：

CLRPl.4SETBPl.7NOPNOPMOVC，Pl.7RLCACPLPl.4NOPNOP

DJNZB，NEXTRET

；!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!SEND：CLRC；写命令子程序MOVB，#O8HZ8：

CLRPl.4

?68?

RLCAMOVPl.5，CCPLPl.4DJNZB，Z8RET

；!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

《测控技术》2003年第22卷第9期

采样为好。

4.4 缓冲形式的使用

对于干扰较大的场合，采用上述方法没有明显奏效时，可以采用缓冲方式试一试，但这时输入信号的范

［3］

，如果测量围缩小为AGND+50mV~AVDD-l.5V

一定范围内的小信号，这种方法是可取的。4.5 基准的选用

当测量精度要求很高时，AD77l5的基准也必须

AD77l5-5选用较好的基准。因此在对小信号采样时，

应采用AD780或MAX873或REfl92。AD77l5-3应

4 使用技巧

应该指出的是，AD77l5有自己的程控放大器，对于干扰也有一定的抑制能力，对小信号的测量提供了非常好的手段，尤其是对于一个固定范围的小信号的采样效果非常好，但是对于变化范围较大的、多通道信号需要变化各个寄存器的设定参数的场合，就需要有一定的应用技巧，下面分别给与介绍。4.l 接地和布线

如果认为AD77l5可以直接接传感器信号，

因而对于小信号的输入不用加任何处理，在设计印刷电路板时任何讲究的措施也不采取，这在实际应用中是行不通的。在设计印刷电路板时，应采取如下措施：

（l）

地线要尽量短和粗，数字地和模拟地要分开布线并要在一点汇合。

（2）

模拟地可布置在AD77l5芯片的下面，但数字信号应避免布在AD77l5芯片的下面。

（3）

时钟信号要用数字地屏蔽，输入的模拟信号要用模拟地屏蔽。如果印刷电路板是最终设计，则可以用大面积的附铜地来覆盖剩余的印刷板空间，以增加抗干扰性能。如果是试验阶段，则可尽量用粗的模拟地线包围模拟输入信号，对没有把握的线不要使用附铜，这样既改善屏蔽效果，也可对考虑不完善之处加、断线提供方便。4.2 数字滤波的选用

对于高精度小信号采样，只通过上述采样程序流程及程序是不够的，经无数次试验验证，对于几毫伏左右的小信号，当信号不变时，采样仍有波动，如果要求较高的精度，应采取切实有效的数字滤波方法。经实践证明，防干扰数字滤波和一阶惯性滤波的效果都不错，如果允许采样周期较长的话，也可以将这两种滤波方法结合起来，则效果更加明显。4.3 更新速度的选择

在小信号的测量中，采用较低更新速度时，AD77l5的性能最佳。当采用60HZ或60HZ以下的更新速度进行采样时，AD77l5对50HZ的工频有抑制作用，采样的效果很好。但当更新速度大于60HZ时，采出码将出现波动，效果变差，这时可以在读数据时采用滑动平均值数字滤波，即加入所谓的后置滤波器

［2］

，使效果得以改善，但对于小信号还是采用低速采用AD589或ADl580，

绝对不能采用稳压管或低价基准器件。

4.6 放大倍数的选择

正常单端情况下，2.5V以下的信号选择放大倍数l，

l.25V以下的信号选择放大倍数2，78mV以下的小信号选择放大倍数32，l9mV以下的小信号选择放大倍数l28。实践证明对于几毫伏的信号采用l28的放大倍数时，应采用最低的更新速度，否则还不如采用32倍的增益效果好。4.7 应用场合

虽然!-"ADC由于具有抗混叠能力而有一定的吸引力，但是它不适合用于多路交流信号的场合。因

为!-"ADC的输出不仅是当前模拟输入的函数，

而且也是前一次模拟输入的函数。这主要是由于数字滤波器具有存储以前输入的作用，并且调制器也具有某种存储器的作用。在多路转换应用中，从一个输入切换到下一个输入之后，在代表新输入信号的转换器输出字完成之前，全部滤波器信息中含有需要刷新的老输入信号。因此AD77l5不太适合多路信号频繁切换的场合，只有在某路信号每周期都使用，而其他路信号不常用的情况下才可以使用。

5 结束语

AD77l5以其优良的性能价格比和较高的分辨

率，在小信号的测量中得到了较好的应用。在热电偶、热电阻测温及压力仪表方面取得了令人满意的效果。参考文献：

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//http://wendang.chazidian.com，2000."

［［［

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AD7715模数转换器在小信号测量中的应用

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被引用次数：孙海， 孟祥， 邓学伟北华大学,信息工程学院,吉林,吉林,132021测控技术MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY2003,22(9)11次

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引用本文格式：孙海.孟祥.邓学伟 AD7715模数转换器在小信号测量中的应用[期刊论文]-测控技术 2003(9)