淺論ADS1110自校準模數(shù)轉(zhuǎn)換器在稱重中的應(yīng)用

引言

ADS1110是精密的連續(xù)自校準A／D轉(zhuǎn)換器，帶有差分輸入和高達16位的分辨率。片內(nèi)可編程的增益放大器PGA提供高達8倍的增益，并且允許以高分辨率對較小的信號進行測量。

1ADS1110芯片結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1ADS1110芯片結(jié)構(gòu)

ADS1110由△-∑A／D轉(zhuǎn)換器、可程控增益放大、2.048 V的電壓基準、時鐘振蕩器和I2C總線接口組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2ADS1110工作原理

ADS1110模數(shù)轉(zhuǎn)換器是由1個差分開關(guān)電容△-∑調(diào)節(jié)器和1個數(shù)字濾波器組成。調(diào)節(jié)器測量正模擬輸入和負模擬輸入的壓差，并將其與基準電壓相比較，數(shù)字濾波器從調(diào)節(jié)器接收高速位流，并輸出一個代碼。該代碼是一個與輸入電壓成比例的數(shù)字，這個數(shù)字被限定在一定范圍內(nèi)，范圍取決于代表輸出碼所需要的位數(shù)。在ADS1110中，基準電壓為2.048 V，該基準通常用作A／D轉(zhuǎn)換器的電壓基準，不允許接外部基準。ADS1110只能采用內(nèi)部電壓基準，而且該基準不能直接測得，也不能被外部電路使用。

2 ADS1110在稱重測量中的應(yīng)用

數(shù)字電子稱是日常生活中廣泛使用的一種稱量工具，市場上使用的各式小量程電子稱存在一定的局限性，這些電子稱體積大、成本高、計量誤差大。本文提出的電子稱選用低功耗、超低價控制芯片STC89C51RC和16位△-∑A／D轉(zhuǎn)換器ADS1110，設(shè)計一種體積小、低成本、計量精度高、工作可靠的小量程電子稱。

ADS1110與STC89C51RC單片機組成的稱重系統(tǒng)的硬件原理如圖2所示。

設(shè)計中選用單點式荷重傳感器LC8020，其精度為0.03％，靈敏度（2.0±0.2）mV／V，額定量程5 kg，供橋電壓5 V。當稱重傳感器滿負載5 kg時，傳感器輸出電壓變化（10±1）mV，此時要求加入ADS1110的電壓為1 024mV。設(shè)計配置8位ADS1110寄存器如表1所列。

ST／DRTY位的含意取決于它是被寫入還是被讀出。在單周期轉(zhuǎn)換方式中，寫1到ST／DRTY位則轉(zhuǎn)換開始，寫入0無影響；在連續(xù)方式中，ADS1110忽略寫入ST／DRTY的值。在進行讀操作時，ST／DRTY雨表明輸出寄存器中的數(shù)據(jù)是否為新數(shù)據(jù)。如果ST／DRTY為0，則剛從輸出寄存器中讀出的數(shù)據(jù)是新數(shù)據(jù)；如果ST／DRTY為1，則剛從輸出寄存器讀出的數(shù)據(jù)以前已經(jīng)被讀取過。

保留位位6和位5置為0。SC位控制ADS1110是以連續(xù)轉(zhuǎn)換方式工作還是以單周期轉(zhuǎn)換方式工作，置SC為1時，ADS1110以單周期轉(zhuǎn)換方式工作。DR的位3和位2控制ADS1110的數(shù)據(jù)速率，置DR的位3和位2為1表示ADS1110的數(shù)據(jù)采樣率為15 sps。PGA的位1和0控制ADS1110的增益，置PGA位1和0為1、0表示ADS1110的PGA增益為4。

3軟件設(shè)計

按照硬件電路，采用匯編語言編程，在KeilA51 V8.50環(huán)境下調(diào)試通過，并成功應(yīng)用在單片機稱重系統(tǒng)中。軟件按功能模塊，主要由LCD顯示控制、ADS1110模數(shù)轉(zhuǎn)化、超負荷報警檢測、采集數(shù)據(jù)處理、鍵盤中斷等子程序構(gòu)成。此處側(cè)重介紹ADS1110模數(shù)轉(zhuǎn)換程序。程序代碼如下：

4實驗結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計方案制作了實驗電路，各電路模塊所需的電源由電源模塊提供。電源模塊以7805為核心，為電路提供5 V穩(wěn)壓電源。

測試條件：稱重傳感器型號LC8020，額定載荷5 kg，傳感器信號線長0.2 m，測試載物臺面尺寸? 100 mm，測試環(huán)境溫度27.8℃。測試結(jié)果如表2所列。

結(jié)語

將ADS1110應(yīng)用于小量程電子稱，能充分發(fā)揮其性能特點，降低硬件成本。實驗證明，該電子稱在日常條件下工作可靠，具有精度高、體積小、讀數(shù)直觀等優(yōu)點。經(jīng)驗證實現(xiàn)秤重測量范圍0～5 kg，最小分辨1 g?？梢院芎玫剡m應(yīng)日常生活需要，在民用市場上有著良好的應(yīng)用前景。

編輯：jq