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1CS5532概述

CS5532是美國某公司推出的一種具有極低噪音的、多通道Δ-?型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器,由于其采用電荷平衡技術和極低噪聲的可編程增益斬波穩(wěn)定測量放大器,可得到高達24位分辨率的輸出結(jié)果,精度高,動態(tài)特性寬,是其它類型轉(zhuǎn)換器所無法比擬的。CS5532的差動輸入端可以直接測量來自傳感器的毫伏信號,簡化了與外圍電路的連接?？删幊淘鲆娣糯笃骺墒狗糯蟊稊?shù)從1～32進行設定(以2倍步長增加),大大提高了系統(tǒng)的動態(tài)特性。多級程控數(shù)字濾波器使得數(shù)據(jù)輸出速率可選擇,范圍為7.5Hz～3.84kHz,方便了與外設的連接。該A/D轉(zhuǎn)換器有一個靈活而簡便的同步串行接口,使轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)以串行方式輸出,它與SPI、Microwire兼容。

此外,CS5532內(nèi)部有一個完整的自校正系統(tǒng),可進行自校準和系統(tǒng)校準,可消除A/D本身的零點增益和漂移誤差,以及系統(tǒng)通道的失調(diào)和增益誤差。

寬動態(tài)特性、可編程輸出速率、靈活的供電方式及簡便的三線串行輸出模式,使得該A/D轉(zhuǎn)換器極易和單片機接口,廣泛適用于工業(yè)過程控制、稱重儀器、便攜式儀表及其它高分辨率測量等場合。

2CS5532引腳功能

CS5532是雙通道的A/D轉(zhuǎn)換器,其封裝形式有20腳雙列直插式和20線貼片式。引腳排列如圖1所示。CS5532各引腳的功能如表1所示。

3CS5532的結(jié)構(gòu)及工作原理

CS5532由多路開關、可編程增益放大器(PGIA)、四階差動Δ-?調(diào)制器、程控多階數(shù)字濾波器以及串口、時鐘發(fā)生器、校準控制系統(tǒng)和輸出鎖存等組成。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1模擬輸入

CS5532為雙輸入通道的A/D轉(zhuǎn)換器,通過設置命令寄存器相應位選擇轉(zhuǎn)換通道。模擬輸入范圍為:5～85mV,80mV～1.2V,200mV～2.5V,參考電壓輸入范圍為+1.0～+5.0V.

CS5532的可編程增益放大器(PGIA)的增益設置為1、2、4、8、16或32。允許小信號輸入、增益可編程等特點,從本質(zhì)上講,增加了系統(tǒng)的動態(tài)范圍,簡化了與傳感器的接口。

該A/D轉(zhuǎn)換器有3種供電方式:

(1)VA+=+5V;VA-=0V;VD+=+3～+5V;

(2)VA+=+2.5V;VA-=-2.5V;VD+=+3～+5V;

(3)VA+=+3V;VA-=-3V;VD+=+3V;外部參考電壓輸入范圍為+1.0～+5.0V.

3.2內(nèi)部寄存器

CS5532芯片內(nèi)有一微處理器,用來控制A/D與外設之間的數(shù)據(jù)傳送。該微處理器內(nèi)有一個命令寄存器,一個結(jié)構(gòu)寄存器,4個通道設置寄存器,一個轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器(只讀)和各通道的增益寄存器、偏差寄存器。所有的寄存器,除了命令寄存器是8個字節(jié),其余都是32字節(jié)。

3.2.1命令寄存器

8位只寫命令寄存器,用于存放供片內(nèi)微處理器使用的指令。該指令分為兩類,通過其最高位(D7)為0或1來區(qū)分。D7=0時,寄存器指令為對其它寄存器進行讀寫操作的指令;D7=1時,為設置A/D轉(zhuǎn)換方式、啟動A/D轉(zhuǎn)換或校準、設置通道設置寄存器指針的指令。

3.2.2結(jié)構(gòu)寄存器

32位結(jié)構(gòu)寄存器主要是用來設置芯片工作電源、軟件復位、輸入短路及參考電壓的選擇。

CS5532設計了4種供電方式:正常方式、低電量方式、備份方式和睡眠方式。系統(tǒng)一上電A/D處于正常供電方式,若結(jié)構(gòu)寄存器的LMP位(D21)(低能量方式)置“1”,A/D處于低能量工作方式,該方式可降低電量損耗,但會產(chǎn)生一些噪聲和線性誤差。后兩種方式為節(jié)能方式,由結(jié)構(gòu)寄存器的D31、D30兩位控制。

3.2.3通道設置寄存器

CS5532有4個通道設置寄存器,每個通道設置寄存器由兩個16位的設置寄存器組成。通道設置寄存器可用來指定哪一通道進行轉(zhuǎn)換,以何種增益進行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換速率,以及轉(zhuǎn)換輸出的單/雙極性等。增益設置范圍為:1、2、4、8、16、32,轉(zhuǎn)換速率范圍為7.5Hz,15Hz,30Hz,60Hz,120Hz,240Hz,480Hz,960Hz,1.92kHz,3.84kHz(XIN=4.9152MHz)。

3.2.4數(shù)據(jù)寄存器

CS5532有兩種轉(zhuǎn)換方式:單步轉(zhuǎn)換和連續(xù)轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)寄存器中。該寄存器為只讀寄存器,共32位,其中高24位為數(shù)據(jù)位,數(shù)據(jù)輸出位串行輸出,先輸出數(shù)據(jù)最高位。

數(shù)據(jù)寄存器的D3位為溢出標志位(OF),所得數(shù)據(jù)超出量程范圍時,該位為“1”。D1和D0為通道標志位(CI),用來表明哪一通道轉(zhuǎn)換完成。

3.2.532位增益寄存器和32位偏差寄存器每個物理通道各有一個,用于存放校驗所得的增益值和偏差值。

3.3串行接口

CS5532的串行接口有4根控制線:CS、SDI、SDO、SCLK。圖3為命令與數(shù)據(jù)傳送時序圖。CS為片選端,串口始能控制線,低電平有效。SDI為串行數(shù)據(jù)入。將數(shù)據(jù)信號傳送給轉(zhuǎn)換器。SDO為串行數(shù)據(jù)出。將數(shù)據(jù)信號從轉(zhuǎn)換器送出。/CS為高電平時,SDO處于高阻狀態(tài)。SCLK為串行移位時鐘,控制A/D串口數(shù)據(jù)的移位。

3.4校準

CS5532內(nèi)部有一個完整的自校正系統(tǒng),分為自校準和系統(tǒng)校準兩種方式。內(nèi)部校準可在需要的時候進行,但必須在系統(tǒng)初始化后進行。偏差校準在前,增益校準在后。校正結(jié)果存在偏差和增益寄存器中。

4應用

4.1硬件設計

滲碳液體流量監(jiān)測儀是用來對滲碳工作過程中所加入的煤油、甲醇量進行精確測量的儀器,由于滲碳液是以“滴”加入的,每滴的重量只有幾十毫克,因此對測量用的傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器的精度要求很高。針對這一要求,采用精度為0.02的傳感器和CS5532—24位A/D轉(zhuǎn)換器,并采用89C51作為主控芯片,再加上相應的數(shù)值處理程序,實現(xiàn)了用戶要求。

由于CS5532允許mV級信號輸入,且采用簡單的三線串口通訊方式,故其與單片機及外圍設備的接口非常簡單。電路原理圖見圖4。

從圖4可以看出,單片機89C51的P0.0腳控制A/D片CS5532的片選端/CS,通過P0.1、P0.2和P0.3實現(xiàn)與A/D片的命令數(shù)據(jù)傳送。

4.2軟件設計

軟件主要包括系統(tǒng)復位初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及顯示打印模塊等。因為A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理以及顯示打印等與具體應用緊密相關,暫不介紹,這里介紹CS5532的初始化。

4.2.1運用A/D串口初始化程序使CS5532串口初CS5532沒有提供系統(tǒng)上電自動復位功能,必須先寫一段串口初始化程序,使A/D片處于接收命令指令狀態(tài)。該程序要求先傳送15個SYNC1命令(0FFH),再傳送一個SYNC0命令(0FEH)。該程序可以在任何時候使串口重新初始化。

4.2.2A/D系統(tǒng)復位

A/D串口初始化后,還要使A/D內(nèi)部邏輯復位。該操作通過將結(jié)構(gòu)寄存器中的RS位(D29)置“1”來完成。當一個系統(tǒng)復位周期結(jié)束后,RS位自動回到“0”。

4.2.3參考電壓的設置

設置結(jié)構(gòu)寄存器中的VRS位(D25),選擇適當?shù)膮⒖茧妷?。VRS=0時,2.5V

4.2.4初始化通道設置寄存器CSRs,定義A/D進行校準或轉(zhuǎn)換

CSRs初始化后,A/D校準就有3種選擇:

(1)不校準,直接利用缺省值;(2)進行自校準或系統(tǒng)校準;(3)調(diào)用存在偏差和增益寄存器內(nèi)的以前校準內(nèi)容。校準后,A/D開始進行轉(zhuǎn)換。CS5532的初始化和讀、寫操作程序(略)。

5.結(jié)束語

通過在哈爾濱汽輪機廠的實際使用,證明基于CS5532設計的滲碳液體流量監(jiān)測儀,無論在精度還是在準度上都能夠滿足用戶要求,實時監(jiān)測出流量的大小,實現(xiàn)了滲碳領域液體流量監(jiān)測自動化,并填補了國內(nèi)高精度稱重儀的空白。同時也證明,在速度要求不高,信號變化大的弱信號檢測中,CS5532將獲得廣泛

的應用。

 

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