模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7810的原理及應(yīng)用

作者：時(shí)間：2012-05-08 來源：網(wǎng)絡(luò)

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AD 7810是美國模擬器件公司（ANALOG Devices）生產(chǎn)的一種低功耗10位高速串行A/D轉(zhuǎn)換器。該產(chǎn)品有8腳DIP和SOIC兩種封裝形式，并帶有內(nèi)部時(shí)鐘。它的外圍接線極其簡單，AD 7810的轉(zhuǎn)換時(shí)間為2μs，采用標(biāo)準(zhǔn)SPI同步串行接口輸出和單一電源（2.7V～5.5V）供電。在自動(dòng)低功耗模式下，該器件在轉(zhuǎn)換吞吐率為1kSPS時(shí)的功耗僅為27μW，因此特點(diǎn)適合于便攜式儀表及各種電池供電的應(yīng)用場合使用。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/186461.htm

1 AD 7810引腳功能

AD7810引腳排列如圖1所示，各引腳的功能如下：

1 腳CONVST：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入信號。

2 腳VIN+：模擬信號同相輸入端。

3 腳VIN-：模擬信號反相輸入端。

4 腳GND：接地端口。

5 腳VREF：轉(zhuǎn)換參考電壓輸入端。

6 腳DOUT：串行數(shù)據(jù)輸出端。

7 腳SCLK：時(shí)鐘輸入端。

8 腳VDD：電源端。

2 AD7810主要參數(shù)

AD7810的主要參數(shù)如下：

分辨率：10位二進(jìn)制；

轉(zhuǎn)換時(shí)間：2μs；

非線性誤差：±1LSB；

電源電壓范圍：2.7～5.5V；

電源功耗：高速方式時(shí)為17.5mW，低功耗方式時(shí)為5μW；

參考電壓VEFR范圍：1.2V～VDD；

模擬電壓輸入范圍：0V～VREF；

輸出形式：SPI同步串行輸出，與TTL電平兼容。

3.1 高速模式工

圖2是AD7810工作在高速模式時(shí)的時(shí)序圖。在此模式下，啟動(dòng)信號CONVST一般處于高電平。在CONVST端輸入一個(gè)負(fù)脈沖，其下降沿將啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換。若采用內(nèi)部時(shí)鐘，那么，轉(zhuǎn)換需要2μs的時(shí)間（圖中t1）。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)（圖中A點(diǎn)），AD7810會(huì)自動(dòng)將轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存到輸出移位寄存器中。此后，在每一個(gè)SCLK脈沖的上升沿，數(shù)據(jù)按由高到低的原則（首先發(fā)送DB9，最后發(fā)送DB0）依次出現(xiàn)在DOUT上。如果在轉(zhuǎn)換還未結(jié)束之前就發(fā)出SCLK信號來啟動(dòng)數(shù)據(jù)輸出，那么，在DOUT上出現(xiàn)的將是上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

啟動(dòng)信號CONVST應(yīng)在轉(zhuǎn)換結(jié)束前變?yōu)楦唠娖剑磘3應(yīng)小于t1，否則器件將自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式。另外，串行時(shí)鐘SCLK的最高頻率不能超過20MHz。

3.2 自動(dòng)低功耗模式

圖3是AD7810工作在自動(dòng)低功耗模式時(shí)的時(shí)序圖。在此模式下，啟動(dòng)信號CONVST為低電平時(shí)，器件處于低功耗休眠狀態(tài)。當(dāng)在CONVST端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，可在其上升沿將器件從休眠狀態(tài)喚醒，喚醒過程需要1μs的時(shí)間（圖中t2）。當(dāng)器件被喚醒后，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間也是2μs（圖中t1）。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，AD7810將轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存到輸出移位寄存器中，同時(shí)自動(dòng)將器件再一次置于低拉耗狀態(tài)。

啟動(dòng)信號CONVST正脈沖的寬度（圖2中t3）應(yīng)小于1μs，否則器件被喚醒后將不會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，而是將A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)時(shí)間順延至CONVST的睛降沿處。自動(dòng)低功耗模式是AD7810是一大特鐸，一般當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐率小于100kSPS時(shí)，應(yīng)使器件工作在此模式下。在5V電源電壓下，當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐率為100kSPS時(shí)，器件的功耗2.7mW；而當(dāng)數(shù)據(jù)吞吐率為 10kSPS時(shí)，功耗為270μW；若數(shù)據(jù)吞吐率為1kSPS，則其功耗僅27μW。

4 AD7810的典型應(yīng)用

AD7810應(yīng)用時(shí)幾乎不需外圍元件。圖4所示是其典型應(yīng)用電路，其參考電壓VREF接至VDD，模擬輸入VIN-接至GND，而待轉(zhuǎn)換電壓則從VIN+輸入。

AD7810 幾乎可與各種MCU進(jìn)行接口，圖4中的MCU可以是8051 或PIC16C6X/7X。當(dāng)與PIC16C6X/7X系列單片機(jī)進(jìn)行接口時(shí)，可將SCLK接至單片機(jī)的SCK（RC3），將DOUT接至SDI（RC4），而其啟動(dòng)信號CONVST則可接至單片機(jī)的任意輸出口上（如RC0）。由于PIC單片機(jī)的 SPI方式每次只能接收8位數(shù)據(jù)，因此10位數(shù)據(jù)應(yīng)分兩次讀取。當(dāng)AD7810與8051接口時(shí)，電路采用的是一種模擬串口方式，AD7810的 SCLK、DOUT和CONVST分別接至8051的P1.0、P1.1和P1.2，只要嚴(yán)格按照AD7810的時(shí)序要求操作，一般接口都不會(huì)有問題。這種方式實(shí)際上可擴(kuò)展到所有的MCU種類。另外，8051也可利用其串行口工作方式0與AD7810進(jìn)行通訊（圖中未畫出），但這時(shí)應(yīng)解決好兩個(gè)問題：一是由于8051在TXD的上升沿進(jìn)行采樣，這樣，TXD應(yīng)經(jīng)過一個(gè)反相器再接到SCLK，而將RXD接至DOUT，然后將CONVST接至任意一個(gè)輸出端口。二是8051串行口首先接收低位數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)與AD7810剛好相反，因此，編程時(shí)應(yīng)當(dāng)注意。

下面給出PIC16C6X/7X和8051分別與AD7810進(jìn)行通訊的兩段程序，作者只對與A/D轉(zhuǎn)換有關(guān)的部分進(jìn)行了編寫（常用資源定義、芯片定義等均未列出），兩段程序均可鈄AD7810的工作控制在自動(dòng)低功耗方式。8051與AD7810通訊程序如下：

START：CLR P1.0 ；初始化

SETB P1.0

CLR P1.2

LOOP：CALL CON0

... ；主程序省略

；

；A/D轉(zhuǎn)換子程序，返回時(shí)數(shù)據(jù)低8位在R2中，高2位在R3中

CON0：MOV R1，#`10 ；10位數(shù)據(jù)

MOV R2，#0

SETB P1.2 ；喚醒啟動(dòng)AD7810

CLR P1.2

CON1：SETB P1.0 ；發(fā)送SCLK信號