摘要  簡(jiǎn)要介紹24位Σ-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7714的性能和特點(diǎn)，詳細(xì)講解該芯片在高精度測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用。敘述如何使用AD7714實(shí)現(xiàn)多路、多量程的直流電壓測(cè)量，重點(diǎn)說(shuō)明SPI數(shù)據(jù)總線的光電隔離實(shí)現(xiàn)辦法，并根據(jù)工程實(shí)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(diǎn)。采用上述辦法，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成功地組合了多個(gè)AD7714，實(shí)現(xiàn)多路μA級(jí)電流的精密測(cè)量。文中給出相關(guān)電路原理圖和MCS51單片機(jī)與AD7714的接口程序?qū)嵗?BR>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(dāng)與否對(duì)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(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)信號(hào)采集前向通道的器件要求也不斷提高，特別是對(duì)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(lái)越嚴(yán)格。

      本系統(tǒng)測(cè)量采用極化繼電器的力臂控制盒儀器設(shè)計(jì)，需要測(cè)量的數(shù)據(jù)變化范圍大，精度要求高，測(cè)量的通道數(shù)多。同時(shí)，由于本系統(tǒng)測(cè)量電路相對(duì)復(fù)雜，各信號(hào)間容易產(chǎn)生干擾，而高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)信號(hào)產(chǎn)生的干擾將會(huì)使系統(tǒng)癱瘓。針對(duì)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(gè)完整的用于低頻測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)合的模擬前端。它的3線串行接口與SPI、QSPI、MICROWEIR兼容。通過(guò)軟件可對(duì)增益設(shè)定、信號(hào)極性和通道選擇作出配置。AD7714的主要特點(diǎn)如下：
    ◇最高可實(shí)現(xiàn)24位無(wú)誤碼輸出，同時(shí)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(xiě)系統(tǒng)校準(zhǔn)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(zhǔn)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(AD7714-5)或單3 V供電(AD7714-3)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(shí)際應(yīng)用
2.1 AD7714外圍接口配置
      POL時(shí)鐘極性。輸入低電平時(shí)，數(shù)據(jù)傳送操作中串行時(shí)鐘的第1個(gè)跳變是從低電平至高電平。輸入高電平時(shí)，數(shù)據(jù)傳送操作中串行時(shí)鐘的第1個(gè)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(guò)在DIN輸入端寫(xiě)入一系列的1來(lái)進(jìn)行軟件復(fù)位，使AD7714返回到等待對(duì)通信寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作的狀態(tài)。

      用軟件進(jìn)行復(fù)位需要注意兩點(diǎn)：一是AD7714的DIN線寫(xiě)邏輯1至少達(dá)32個(gè)串行時(shí)鐘周期；二是寫(xiě)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(dāng)此輸入端由硬件連線設(shè)置為低電平時(shí)，AD7714工作在其3線接口模式。
 
      SYNCL邏輯輸入端。當(dāng)使用多個(gè)AD7714時(shí)，它用于數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器的同步。

2.2 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(qiáng)的6N137。由于6N137的速度快，編程中不需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)就能滿足光隔離器的電平建立時(shí)間。試驗(yàn)表明通過(guò)光隔離器，獲得的穩(wěn)定數(shù)據(jù)能夠增加3～4位(二進(jìn)制位)。
 
      AD7714的CS接地，使AD7714始終工作在SPI接口模式。對(duì)每個(gè)接口模塊的控制是通過(guò)74LSl25的三態(tài)允許端來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)其中一個(gè)SPI接口操作時(shí)，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(shí)現(xiàn)微處理器單獨(dú)對(duì)一個(gè)接口進(jìn)行操作，而不影響其他接口。CPU通過(guò)對(duì)三