澳门葡京娱乐

恒磁式电磁流量计A/D转换电路的实现

恒磁式电磁流量计A/D转换电路的实现:

   从放大滤波电路中得到的信号为模拟电压信号,但是单片机只能处理数字信号,所以必须用A/D转换器(简称ADC)组成模数转换电路将模拟信号转换为数字信号。因而,ADC的选择非常重要。其主要性能指标包括分辨率、转换速度、转换精度等。

   按照工作原理,ADC主要包括逐次逼近式、并行比较、v/F转换、双积分式和Σ.△几种类型。

   逐次逼近型模数转换器采样速率不高,输入带宽也较低,它的优点是原理简单,便于实现,不存在延迟问题,适用于中速率而分辨率要求较高的场合。并行比较A/D转换器是现今速度最快的模数转换器,其采样速率在1GSPS 以上,通常称为“闪烁式”AD转换器。其优点是转换速度最高,缺点是分辨率低,一般在10位以下;功耗大,需要的比较器的数目多,电路复杂,成本高。、忭转换器也即电压/频率式模数转换器,它是把模拟电压信号转换成频率信号的器件,内部电路的积分电容如果漏电流大,将会直接影响转换精度,因此要选择漏电流小的电容。

   双积分型A/D转换器又称为双斜率或多斜率ADC,它是应用比较广泛的一类转换器。由于输入端采用了积分器,所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。若把积分器定时积分的时间取为工频信号的整数倍,可把由工频噪声引起的误差减小到最小,从而有效地抑制电网的工频干扰。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域,如数字电压表。其优点是分辨率高,可达到22位甚至更高;功耗低、成本低;缺点是转换速率低,转换速率在12位时为100~300SPS。

  3.3.1Σ.△原理

   Σ.△型A/D转换器又称为过采样转换器,它由简单的模拟电路(也即Σ. △调制器)和十分复杂的数字信号处理电路构成【32】,其工作原理如图3.7所示。调制器的结构近似于双斜率模数转换器,包括差分放大器、积分器、比较器和一个数模转换器的反馈回路,这个内置的数模转换器相当于一个开关,它将积分器输入切换到一个正或负的参考电压。Σ.△型模数转换器还包括一个时钟单元,为调制器和数字滤波器提供统一的时钟。窄带信号送入Σ.△型数模转换器后被以非常低的分辨率(一位)进行量化,但采样频率非常高。经过数字滤波处理后,采样频率被降低到一个比较低的采样率,同时,模数转换器的分辨率被提高到16位甚至更高。

   目前最高精度的AD转换器都是采用Σ.△调制。Σ.△调制本质上采用负反馈方式逐步减小输入模拟与DA反馈输出的差值,但它们的差值不是直接加到比较器上,而是通过一个积分器后再送到比较器。同时,积分器可以看作是低通滤波器,对噪声有.6dB的抑制能力。积分器的输出用1位ADC来转换,然后比较器将输出数字1和0的位码。DAC将比较器的输出转换为数字波形,回馈给差分放大器。

   因为与积分器输出比较的基准信号是地电平,所以它比常规的逐次逼近式ADC性能更好。

   当然,Σ.△型ADC也有一些缺点。例如:现在的Σ.△型ADC的采样速率受带宽和有效采样速率的限制,因而,采样速度较低,使其不能用于图像视频等高频场合;由于数字滤波器需要较长的建立时间,所以它很难用于具有多通道的多路转换器的模数转换场合;此外,输入信号超过Σ.△型ADC允许范围可能会引起其内部调制器的饱和。

    尽管有这些缺点,它仍以其分辨率高、线性度好、成本低等突出优点得到越来越广泛的应用,特别是在既有模拟又有数字的混合信号处理场合,它很适合于低速转换的应用场合。

   从信号的变化速度、仪表的低功耗和测量结果的高精度等角度考虑,本课题采用了TI企业的模数转换器ADSlll2t33】,它是一款16位的带有自动校正的Σ. △型低功耗精密模数转换器,内置2.048V基准电压,其供电电压范围为2.7~ 5.5V。其主要特性表现在低功耗和高精度。温漂范围为5ppm/*C,正常供电电流为240 u A,特别适合于高分辨率、低功耗的测量仪表。ADSlll2由一个可编程增益放大器(最大增益为8),Σ.△模数转换核、内部电压基准,时钟发生器和12C接口组成,有两个差分输入或三个单端输入通道。

   3.3.2  I2C总线概况

   IzC(Inter--Integrated Circuit)总线是由PHILIPS企业于80年代开发的一种两线制双向串行接口总线,用于连接微控制器及其外围设备。最初为音频和视频设备开发,如今已广泛应用于串行通信场合【蚓。

   目前,很多半导体集成电路内部都集成了12c接口。带有Pc接口的单片机有CYGNAL的C8051F系列,PHILIPS系列,MICROCHIP的PIC系列等。很多外围器件如E2PROM、铁电存储器、A/D转换器、D/A转换器、LCD驱动器和温度传感器等也提供12c接口。

  12c总线上的通信通常发生在两个器件之间,其中一个作为主机,另一个为从机。主机和从机都能读和写,但是,从机只能根据主机的方向工作。一些i2c 器件既可作为主机又可作为从机。

  一、12c总线135 o的工作原理及特点

  Izc总线是由串行数据线SDA(SerialDataLine)和串行时钟线SCL(Scrim Clock Line)构成的串行总线,两者均可双向传输,用于发送和接收数据。在CPU 与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送时,串行的8位双向数据传输速率在标准模式下可以达到lOOkbiffs,快速模式下可达到400kbiVs。各种被控制电路均并联在这条总线上,但就像电话机一样,只有拨通各自的号码才能工作。所以每个从机都有唯一的地址,虽然各个模块挂在同一条总线上,但它们彼此独立, 互不相关。

   i2c总线主要用于主/从双向通信。发送数据到总线上的器件,被定义为发送器,从总线上接收数据的器件则被定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接受和发送状态。当主器件从从器件中读取数据时,从器件驱动数据线SDA; 当主器件向从器件发送数据时,从器件驱动数据线SDA。

   但是,总线必须由主器件(通常为微控制器)控制,主器件产生串行时钟(SCL),控制总线的传输方向,并产生起始和停止条件,任何时候只能有一个主器件。从器件是被主器件寻址的器件。

  12C总线在传送数据过程中共有三种类型信号,它们分别是:启动信号、结束信号和应答信号。无论是读还是写的时序内,都涉及到这三种信号的操作。

  二、12c总线上数据的传输

   12c总线的数据传输格式:主机发出启动信号START,然后发送从机的地址和读/写控制为R/W,从机接收到地址后,与自身的地址相比较,返回一个应答信号ACK(若地址匹配,ACK为低电平;否则地址不匹配,ACK为高电平), 这就是主机和从机之间的握手过程。

   握手成功后,主机和从机将进行数据交换,其交换方向取决于读/写控制位(R/W=1时,主机接收,从机发送;R/W=O时,主机发送,从机接收)。每发送完一个字节,接收器发回一个应答信号ACK。当数据通信结束,由主机发回结束信号STOP,终止12C总线通信。

  3.3.3 ADSll 12与单片机的12C通信实现

  12C总线驱动器是漏极开路驱动器,因此在SCL和SDA线上都要加上拉电阻,这些电阻的大小取决于总线的工作速度和总线电容。阻值较高的电阻功耗较低,但它会延长总线的转换时间,限制总线速度;阻值较低的电阻允许总线高速运转,但是它的功耗较高。实际工作时候,上拉电阻一般选择I~10K的典型值。单片机PICl8LF2420和模数转换器ADSlll2通信时,PICl8LF2420是主机, ADSlll2是从机。电路连接方式如图3.8所示。考虑到ADSlll2的输入阻抗很低(2.8M/PGA),因而,在信号输入AD转换器之前接入射极跟随器。以提高输入阻抗.

 


XML 地图 | Sitemap 地图