24位模数转换器AD7713及其应用

713内部控制字的设定

AD7713的工作状态可通过程序向器件内部写入控制字来设定,输入控制字字长为24位。写入时,必须连续写入24位数据,若写入的数据不足,这些数据就不会被加载到控制寄存器中,具体格式为：

格式中的控制字的最高三位用于确定AD7713的工作方式,具体组合如表1所列。G2,G1,G0则用来确定输入通道的增益,可参见表2。CH1和CH0可确定输入通道号,其编码见表3。当字长选择定义位WL=0时,字长为16位(上电复位时的缺省值);当WL=1时,字长为24位。当激励电流控制位RO=0时,激励电流关断(上电复位时的缺省值);当RO=1时,激励电流接通。熔断电流控制(Burn-out Current)定义位BO=0时,关断AIN端内部的20nA电流源(上电复位时的缺省值);当BO=1时,允许该电流流出,一般情况下,该电流是禁止的。当极性选择定义位B/U=0时,允许双极性输入(上电复位时的缺省值);当B/U=1时,允许单极性输入。

另外,AD7713还在芯片内部集成了一个三阶数字式滤波器((SinX/X)3),该滤波器的截止频率、第一个凹点位置频率及数据率均可由FS11～FS0这12位来编程决定。此外,不同增益下凹点频率还可决定输出噪声电平,以决定器件的分辨率。

表3 输入通道的确定

CH1 CH0 通 道 0 0 AIN1 0 1 AIN2 1 0 AIN3

该数字滤波器的第一个凹点频率为：

(fCLK IN/512)/code。

其中code有FS0～FS11位所确定的十进制数,取值范围为19～2000.在2MHz的频率下,凹点频率的范围为1.952Hz～205.59Hz。选择不同的CODE值,可获得不同的凹点频率,从而获得不同的数据转换率。

改变滤波器的凹点频率并选择不同的增益,对分辨率有直接影响。另外,数据转换越慢,其有效分辨率位数越高,因此这种芯片适合于数据采集速率较慢的场合。

3 AD7713的基本连接电路

图1给出了AD7713的基本连接电路。

3.1 电源连接

AD7713的模拟电源和数字电源可分别供电,也可采用单5V电源供电,通常当模拟电源电压大于数字电源电压时,必须分别予以供电。因此这样可减小电源的耦合干扰,提高转换精度,但必须先加数字电源(DVDD),后加模拟电源(AVDD),且要保证AVDD不低于DVDD,因此可在两个电源引脚之间接一个二极管,二极管的负极接AVDD端,正极接DVDD端,以确保DVDD与AVDD的差值不会超过0.3V,具体连接如图2所示。当采用单一电源供电时,应将AVDD端和DVDD端连在一起,或在两脚之间接一个几欧姆的小电阻。

3.2 主时钟连接

AD713的主时钟频率最大为2MHz,可以采用石英晶体与内部电路构成振荡器所产生的时钟源频率。频率较低时,也可采用陶瓷谐振器代替石英晶体,但应接入相应的外部电容。主时钟也可直接由外部频率源(TTL或CMOS电平)提供,并由MCLK IN脚输入,此时应将MCLK OUT脚悬空。

3.3 参考电压连接

AD7713设有两个差动式参考电压输入端REF IN+和REF IN-,共中REF IN+端电压(AVDD)应大于REF IN-端电压(>AGND),该参考电压VREF的取值范围为1V～5V,一般限2.5V,其典型的参考源为AD680。

3.4 模拟输入信号连接

AD7713提供有三个模拟输入通道,其中两个为差动式可编程增益输入通道,可控制为单极性双极性输入,输入的共模电压范围为：AGND-30mV～AVDD+30mV。第三个模拟输入通道为可编程增益输入端,可接收的输入信号范围为0～+4VREF/GAIN。若增益取1,VREF取2.5V,最大输入可达10V。

AIN3的输入电流与输入电压幅度有关,当输入为10V时,输入电流典型值约22.5μA。

AD7713有两种不同的工作方式可供选择,即内部时钟方式和外部时钟方式。在内部时钟方式下,AD7713可作为系统主控制器件输出串行时钟;而在外部时钟方式下,AD7713则作为从控器件,此时的串行时钟由外部系统提供。

4 AD7713与CPU的接口

4.1 硬件接口电路

选择AD7713工作于内部时钟方式还是外部时钟方式对电路系统结构的设计影响很大,下面以外部时钟工作方式为例,来介绍AD7713与单片机8031的接口方法。

用8031单片机的串口和P1口实现与AD7713接口的具体电路如图3所示。该电路中的8031的串口工作在方式0,即该串口用作同步移位寄存器,数据由RXD(P3.0)端输入和输出,同步移位时钟由TXD(P3.1)端输出。通信的波特率恒定为FOSC/12,其中FOSC为单片机的主时钟,当FOSC为6MHz时,波特率为500kB/s。8031单片机的串口允许中断,程序控制下每中断一次,单片机将对AD7713读或写一个字节的数据。

图3中,P1口的P1.0～P1.3四条口线分别与AD7713的RFS、TFS、DRDY、A0相连,共中P1.2为输入口,用于读取DRDY的状态,其余为输出口,用于控制AD7713的整个读/写过程。将AD7713的MODE接地,可使器件工作在外部时钟方式,主时钟由2MHz的石英晶体产生。

4.2 读/写控制程序

按照图3的硬件连接方式,其读/写操作过程如图4