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24位A/D轉(zhuǎn)換器LTC2400及其應(yīng)用
摘要:LTC2400是凌特公司(Linear)生產(chǎn)的一種微功能、高精度24位A/D轉(zhuǎn)換器,該芯片內(nèi)部集成有振蕩器,工作電壓為2.7~5.5V,積分線性誤差(INL)為4ppm,RMS噪聲為0.3ppm,供電電流僅為200μA(待機時為20μA),采用Δ-∑技術(shù)獨特的體系結(jié)構(gòu),建立時間為單周期。文中介紹了LTC2400的主要功能和串行接口方法,給出了LTC2400與單片機的接口電路。關(guān)鍵詞:LTC2400A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集單片機
。保蹋裕茫玻矗埃暗囊_功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)
。蹋裕茫玻矗埃安捎门cSPI接口兼容的3線數(shù)字接口,可應(yīng)用于高分辨率和低頻應(yīng)用場合,如稱重、溫度測量、氣體分析、應(yīng)變儀,數(shù)據(jù)采集,工業(yè)控制等方面。它采用8腳SO-8封裝,其引腳排列如圖1所示。其引腳功能如下:
1腳VCC:電源;
2腳VREF:參考電壓輸入端;
。衬_VIN:模擬信號輸入腳;
。茨_GND:接地腳;
。的_CS:片選端,低電平有效;
6腳SDO:數(shù)據(jù)輸出端,同時也是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)有效的指示端;
。纺_SCK:時鐘腳,雙向;
8腳FO:數(shù)字輸入腳,用于選擇需要抑制的頻率和AD轉(zhuǎn)換時間。
LTC2400的供電電壓VCC的范圍為2.7~5.5V;所需外接基準(zhǔn)電壓源的電壓范圍為0.1V~VCC;模擬信號輸入VIN的輸入電壓范圍為-0.125VREF~1.125VREF。
LTC2400內(nèi)部已集成了高精度的振蕩器,因此采用片內(nèi)振蕩器時?不需要外接任何元件。LTC2400的數(shù)字濾波器能夠抑制50Hz或60Hz及其諧波。當(dāng)芯片的F0腳接VCC時,使用內(nèi)部振蕩器可對輸入信號中的50Hz干擾進(jìn)行大于110dB的抑制,其AD轉(zhuǎn)換時間為160ms;F0腳接GND時,使用內(nèi)部振蕩器可對輸入信號中的60Hz干擾進(jìn)行大于110dB的抑制,AD轉(zhuǎn)換時間為133ms;當(dāng)F0腳接外部振蕩器fEOSC時,其抑制的頻率為fEOSC/2560,AD轉(zhuǎn)換時間為2048/fEOSC。圖2所示為LTC2400的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
。玻蹋裕茫玻矗埃暗墓ぷ鬟^程及串行輸出
。玻保蹋裕茫玻矗埃暗墓ぷ鬟^程
。蹋裕茫玻矗埃笆且环N低功耗、采用Δ-Σ技術(shù)且具有3線串行接口的AD轉(zhuǎn)換器,而且在AD轉(zhuǎn)換完成后將直接進(jìn)入睡眠狀態(tài)。LTC2400的三線接口線分別是數(shù)據(jù)輸出(SDO)、時鐘(SCK)和片選(CS)。其工作流程如圖3所示。
。蹋裕茫玻矗埃巴瓿赊D(zhuǎn)換就進(jìn)入睡眠狀態(tài)。睡眠狀態(tài)的供電電流僅為20μA。若CS一直為高電平,芯片將保持睡眠狀態(tài)。進(jìn)入睡眠狀態(tài)時,數(shù)據(jù)最后的轉(zhuǎn)換結(jié)果將保存在芯片內(nèi)部的靜態(tài)移位寄存器中。
當(dāng)CS變?yōu)榈碗娖綍r,LTC2400開始輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果,此時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換沒有等待時間,輸出數(shù)據(jù)即為剛進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。該轉(zhuǎn)換結(jié)果是在串行時鐘SCK的控制下由SDO輸出的,并在SCK的下降沿更新,而在SCK的上升沿可靠讀取。當(dāng)32位數(shù)據(jù)從LTC2400讀出或當(dāng)CS被拉高時,數(shù)據(jù)輸出結(jié)束。此后LTC2400將自動開始新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和重復(fù)周期。
。玻玻蹋裕茫玻矗埃暗拇休敵鼋涌
通過對CS和SCK的控制,LTC2400可以提供幾種靈活的接口模式(內(nèi)部或外部的SCK模式)。不同轉(zhuǎn)換模式的選擇無需對LTC2400的寄存器進(jìn)行設(shè)置,并且不影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換周期。使用時鐘信號SCK(PIN7)控制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的輸出時,轉(zhuǎn)換結(jié)果將在時鐘CLK的下降沿由SDO腳輸出。在內(nèi)部時鐘模式,SCK信號由LTC2400產(chǎn)生輸出?在外部SCK模式,SCK為LTC2400外部輸入的時鐘信號。下面詳細(xì)介紹外部串行時鐘的三線接口方法。
當(dāng)LTC2400上電時,如果SCK為低電平,轉(zhuǎn)換進(jìn)入外部串行模式;在CS信號的下降沿,SCK信號必須為低電平。
當(dāng)CS為高電平時,SDO為高阻態(tài),此時,SDO連接的接口線可以作為其它應(yīng)用。如果LTC2400在轉(zhuǎn)換和睡眠時?CS為低電平,那么,SDO的輸出狀態(tài)將用于指示EOC。在AD轉(zhuǎn)換階段,SDO的輸出狀態(tài)EOC將變?yōu)楦唠娖,而一旦轉(zhuǎn)換完成,EOC又變?yōu)榈碗娖。在LTC2400處于睡眠狀態(tài)時,如果CS為低電平,系統(tǒng)會在SCK的上升沿將其喚醒。圖4所示是LTC2400的外部串行時鐘接口時序圖。
CS信號除用來檢測LTC2400的狀態(tài)和輸出AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)外,還可用來控制全部串行數(shù)據(jù)輸出之前進(jìn)行的新一次AD轉(zhuǎn)換。在LTC2400處于數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)時,CS由低變高以停止串行輸出,同時開始新的AD轉(zhuǎn)換。
由于在CS為高電平時,數(shù)據(jù)輸出端SDO為高阻態(tài),因此,在LTC2400的轉(zhuǎn)換過程中,可通過將CS變?yōu)榈碗娖絹頇z測轉(zhuǎn)換狀態(tài)。當(dāng)CS為低電平時,SDO腳輸出的EOC信號為1,表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行;EOC為0表示轉(zhuǎn)換完成,系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)。當(dāng)LTC2400處于睡眠狀態(tài)時,其轉(zhuǎn)換結(jié)果將保存在內(nèi)部移位寄存器中。CS為低可在SCK的上升沿喚醒LTC2400,此時轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)將在SCK的下降沿串行輸出。EOC通常在SCK的第一個上升沿被鎖存,直到第32個上升沿鎖存結(jié)束,同時,系統(tǒng)將在第32個下降沿開始的新一輪轉(zhuǎn)換。
圖4外部串行時鐘接口時序圖
一般情況下,在數(shù)據(jù)輸出過程中,如果CS為低電平,那么,系統(tǒng)將在SCK的第一個上升沿和第32個下降沿中間將CS變高以停止數(shù)據(jù)輸出。
。澈停粒裕福梗茫玻埃担眴纹瑱C的接口應(yīng)用
利用LTC2400實現(xiàn)高精度信號采集功能的系統(tǒng)原理圖如圖5所示。在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,LT2400芯片的外圍電路十分簡單。AT89C2051單片機作為控制器,其中P1.4、P1.5和P1.6與LTC2400的SCK、SDO和CS相連,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果也通過該串行口輸出;該系統(tǒng)采用電壓為5V的基準(zhǔn)源;信號由LTC2400的VIN輸入,輸入的電壓范圍為-0.625~5.625V;轉(zhuǎn)換速率為6.25PPS;數(shù)據(jù)通過AT89C2051的RXD和TXD并經(jīng)MAX202進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后由串行口輸出給上位機。
圖5LTC2400數(shù)據(jù)采集原理圖
通過實際應(yīng)用證明,LTC2400芯片具有很高的性能,可以較好地實現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計功能,目前?筆者已將其應(yīng)用在地震前兆形變觀測儀器中,且效果良好。
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