美國(guó)Cirrus Logic公司的CS5532是一款高度集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。由于的電荷平衡技術(shù)，其精度可以達(dá)到24位。非常適用于科學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)采集過(guò)程控制和單雙極性小信號(hào)測(cè)量。

1、CS5532概述

CS5532包含了一個(gè)低噪音斬波穩(wěn)定可變?cè)鲆鏈y(cè)量放大器(PGIA)(6nV/Hz@0.1Hz)，可選增益為1X、2X、4X、8X、16X、32X，其ADC內(nèi)部還有一個(gè)4階的調(diào)制器，一個(gè)數(shù)字濾波器，它能提供10種可供選擇的字輸出率7.5Hz，15Hz，30Hz，60Hz，120Hz，240Hz，480Hz，960Hz，1.92kHz，3.84kHz(XIN=4.9152MHz)。

圖1描述了CS5532 ADC的機(jī)構(gòu)，在芯片的前端有一個(gè)多路復(fù)用器，一個(gè)單增益的coarse/fine 電荷輸入緩沖器和一個(gè)斬波穩(wěn)定可變?cè)鲆娣糯笃?。單增益放大器設(shè)計(jì)為軌對(duì)軌信號(hào)輸入，其共模信號(hào)范圍為VA--VA+，用于模數(shù)轉(zhuǎn)換的增益為1X的情況，可變?cè)鲆娣糯笃饔糜谀?shù)轉(zhuǎn)換的增益被設(shè)定為大于1X的情況。

為減輕人ADC與微處理器(MCU)之間的通訊負(fù)擔(dān)，它還有個(gè)與SPI和MicrowireTM兼容的線串行接口，在串行時(shí)鐘口(SCLK)處有個(gè)施密特觸發(fā)器。

2、芯片的使用

2.1寄存器介紹

CS5532 ADC有一個(gè)片內(nèi)控制器，含有大量用戶可訪問(wèn)的寄存器，用以保存偏移量增益校驗(yàn)結(jié)果指令數(shù)據(jù)設(shè)置操作模式。

圖2所示為芯片內(nèi)部寄存器的結(jié)構(gòu)框圖。具體介紹如下：

偏移寄存器/增益寄存器每通道對(duì)應(yīng)組，用于保存校驗(yàn)結(jié)果。寄存器中的內(nèi)容可以讀寫(xiě)，用戶可以把數(shù)據(jù)卸載到外部EEP-ROM保存，也可以通過(guò)改變寄存器中的內(nèi)容修改偏移量和增益。

配置寄存器用于設(shè)置芯片，包括電壓復(fù)位短路模擬輸入?yún)⒖茧妷哼x擇，診斷測(cè)試位使能等。

通道寄存器用于保存預(yù)裝轉(zhuǎn)換指令，每個(gè)設(shè)置寄存器為32位，可保存20年。

2.2開(kāi)始使用

在芯片上電后，這些寄存器可以由微處理器進(jìn)行初始化，然后可以根據(jù)設(shè)置的工作模式進(jìn)行單次或連續(xù)模數(shù)轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換器校驗(yàn)。由于選用的4.9152MHz晶振在啟動(dòng)時(shí)有20ms的延遲，在啟動(dòng)處理器后應(yīng)將ADC的初始化代碼延遲20ms，芯片不具有上電復(fù)位功能。初始化ADC必須用軟件復(fù)位，通過(guò)串口發(fā)送15個(gè)OXFF和1個(gè)OXFE可復(fù)位串口為命令模式。然后在配置寄存器中設(shè)置系統(tǒng)復(fù)位位，從而復(fù)位系統(tǒng)。復(fù)位后，系統(tǒng)復(fù)位有效位自動(dòng)置位，可通過(guò)讀取該位判斷是否成功。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后系統(tǒng)復(fù)位位自動(dòng)歸零，ADC返回到命令模式，等待有效的命令輸入。

初始化電壓參考模式，根據(jù)參考電壓VREF+和VREF-之間的大小設(shè)置配置寄存器的位，然后初始化通道設(shè)置寄存器以決定執(zhí)行校驗(yàn)還是轉(zhuǎn)換，當(dāng)通道設(shè)置寄存器被初始化后，在校驗(yàn)變換器時(shí)，可以有三種校驗(yàn)選擇：

a.不校驗(yàn)，使用缺省配置;

b.執(zhí)行系統(tǒng)校驗(yàn)或自校驗(yàn);

c.下載以前的校驗(yàn)結(jié)果到偏移或增益寄存器。

校驗(yàn)用于設(shè)置ADC的轉(zhuǎn)移函數(shù)為0或斜率,ADC復(fù)位后，不校驗(yàn)也能工作并進(jìn)行測(cè)量模擬量，這樣轉(zhuǎn)換器將利用芯片的初始值計(jì)算輸出字，芯片內(nèi)部電路的原始錯(cuò)誤將被保留。

為了轉(zhuǎn)換精度更加精確，偏移和增益校驗(yàn)都應(yīng)該進(jìn)行。其中有自校驗(yàn)和系統(tǒng)校驗(yàn)兩種:

(1)自偏移校驗(yàn)是轉(zhuǎn)換器的輸入引腳短路情況下的校驗(yàn)，自增益校驗(yàn)則是把差分輸人弓腳接到VREF+和VREF-上的校驗(yàn)。

(2)用戶提供地和滿量程的校驗(yàn)信號(hào)后，轉(zhuǎn)換器執(zhí)行系統(tǒng)校驗(yàn)。當(dāng)執(zhí)行系統(tǒng)偏移校驗(yàn)時(shí)，必須將地信號(hào)接參考信號(hào)提供給轉(zhuǎn)換器;系統(tǒng)增益校驗(yàn)時(shí)，提供滿量程信號(hào)給轉(zhuǎn)換器。

應(yīng)該注意的是增益校驗(yàn)必須要在偏移校驗(yàn)之后進(jìn)行，因?yàn)榍罢咝枰獏⒖己笳?。校?yàn)周期完成后，SDO置0，結(jié)果存放在校驗(yàn)通道出寄存器中的值保存到外部的EEPROM，便于下次使用時(shí)可以直接往芯片內(nèi)部下載而不需要重新校驗(yàn)在校驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)即可執(zhí)行轉(zhuǎn)換。

3、CS55532在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上的應(yīng)用

3.1方案概述

本方案中的控制器包括兩路模擬量的放大采集，兩路光電編碼器信號(hào)的倍頻判向采集，路方波信號(hào)的輸出。采用形液晶進(jìn)行顯，利用USB接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊。另外，上位機(jī)測(cè)控軟件實(shí)時(shí)顯試驗(yàn)力變形和位移，實(shí)時(shí)記錄力-時(shí)間，變形-時(shí)間，力-變形和力-位移試驗(yàn)曲線。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式，自動(dòng)保存所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，用戶可以按照自己要求的任意格式打印試驗(yàn)報(bào)告。

3.2原理框圖(圖3)

4結(jié)束語(yǔ)

采用085532后，一方面簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了可靠性;另一方面，提高了采集精度，實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程非步進(jìn)測(cè)量。CS5532將在未來(lái)的試驗(yàn)機(jī)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。