串行A／D轉換器ADS1110及其在A(yíng)T89C51單片機中的應用

　　1 引言

　　AT89C51單片機系統經(jīng)常使用A／D轉換器。雖然并行A／D轉換器速度高、轉換通道多，但其價(jià)格高，占用單片機接口資源比串行A／D轉換器多。工業(yè)檢測控制及智能化儀器儀表中經(jīng)常采用串行A／D轉換器。ADS1110是一種精密、可連續自校準的串行A／D轉換器，帶有差分輸入和高達16位的分辨率，其串行接口為I2C總線(xiàn)。AT89C51單片機通過(guò)軟件模擬I2C總線(xiàn)實(shí)現與ADS1110的連接。

　　2 ADS1110的特點(diǎn)與內部結構

　　2.1 ADS1110的特點(diǎn)

　　完整的數據采集系統和小型SOT23-6封裝；片內基準電壓：精度2.048 V+0.05％；片內可編程增益放大器PGA；片內振蕩器；16位分辨率；可編程的轉換速率15次／秒～240次／秒；I2C總線(xiàn)接口(8個(gè)有效地址)；電源電壓2.7 V～5.5 V；低電流消耗240 μA。

　　2.2 ADS1110的引腳功能

　　ADS1110串行A／D轉換器采用6引腳貼片封裝，其引腳排列如圖1所示。VDD：電源端，通常接+5V；GND：模擬地和數字地；VIN+、VIN-：采樣模擬信號輸入端，其范圍為2.048 V～2.048 V；SCL：I2C總線(xiàn)時(shí)鐘線(xiàn)；SDA：I2C總線(xiàn)數據線(xiàn)。

 　　2.3 ADS1110的內部結構

　　ADS1110是由帶有可調增益的△-∑型轉換器內核、2.048 V的電壓基準、時(shí)鐘振蕩器和I2C總線(xiàn)接口組成。其內部結構如圖2所示。

　　ADS1110的A／D轉換器內核是由差分開(kāi)關(guān)電容△-∑調節器和數字濾波器組成。調節器測量正模擬輸入和負模擬輸入的壓差，并將其與基準電壓相比較。數字濾波器接收高速數據流并輸出代碼，該代碼是一個(gè)與輸入電壓成比例的數字，即A／D轉換后的數據。

　　ADS1110片內電壓基準是2.048 V。ADS1110只能采用內部電壓基準該基準，不能測量，也不用于外部電路。ADS1110片內集成時(shí)鐘振蕩器用于驅動(dòng)△-∑調節器和數字濾波器。ADS1110的信號輸入端設有可編程增益放大器PGA，其輸入阻抗在差分輸入時(shí)的典型值為2.8 MΩ。

　　3 ADS1110的使用

　　3.1 I2C總線(xiàn)接口

　　ADS1110通過(guò)I2C總線(xiàn)(內部集成電路)接口通信，AT89C51單片機的2個(gè)I／O接口最多可掛接8個(gè)ADS1110，單片機對ADS1110的識別通過(guò)I2C地址實(shí)現。ADS1110只能作為從機。

　　ADS1110的I2C地址是1001aaa，其中aaa是出廠(chǎng)時(shí)默認設置。ADS1110有8種不同類(lèi)型，每種類(lèi)型都有不同的I2C地址。封裝上，ADS1110的每種類(lèi)型都以EDx為標識，其中x表示地址變量。

　　3.2寄存器

　　ADS1110含有輸出寄存器和配置寄存器，可通過(guò)I2C端口進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。輸出寄存器存儲A／D轉換結果，而配置寄存器用于設置ADS1110的工作方式，數據速率和可編程增益放大器，也可用于查詢(xún)器件狀態(tài)。

　　3.3 ADS1110的讀寫(xiě)

　　3.3.1讀操作

　　若從ADS1110中讀取輸出寄存器和配置寄存器的內容，需對ADS1110尋址。從ADS1110中讀取3個(gè)字節，前2個(gè)字節是輸出寄存器的內容，第3個(gè)字節是配置寄存器的內容。讀操作時(shí)，只讀前2個(gè)字節而不讀第3個(gè)字節。ADS1110的讀操作時(shí)序如圖3所示。

 　　3.3.2寫(xiě)操作

　　為了對配置寄存器寫(xiě)操作，要對ADS1110尋址，并向配置寄存器寫(xiě)入1個(gè)字節，但不能向輸出寄存器寫(xiě)人字節。其寫(xiě)操作時(shí)序如圖4所示。

　　4 ADS1110在A(yíng)T89C51系統應用

　　4.1硬件設計

　　由于A(yíng)T89C51單片機沒(méi)有I2C總線(xiàn)接口，可通過(guò)軟件模擬實(shí)現與I2C總線(xiàn)器件的連接。具體方法是將單片機的I／O接口連接至I2C的數據線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)SCL。通過(guò)軟件控制時(shí)鐘和數據傳輸，系統靈活性強。

　　圖5所示是數據采集顯示系統，采集工業(yè)現場(chǎng)的4路模擬信號并輪詢(xún)顯示。采用4個(gè)ADS1110作為A／D轉換器，地址為ED0～ED3。具有I2C總線(xiàn)接口的EEPROM AT24C16作為存儲器。本系統有4位LED數碼顯示管和4個(gè)參數設定按鍵。采集數據經(jīng)數字濾波、16進(jìn)制→工程值轉換后，送至數碼管輪詢(xún)顯示。ADS1110和AT24C16的I2C接口連ADSl110數據線(xiàn)SDA至單片機的P1.0，時(shí)鐘線(xiàn)SCL連接單片機的P1.1，上拉電阻阻值選10 kΩ。

　　4.2軟件設計

　　按照硬件電路，編寫(xiě)A／D轉換子程序為ADS0，其中嵌套調用了START，為起始命令子程序，FSDZ1為向ADS1110發(fā)送單個(gè)字節命令的子程序，ADREAD是讀取輸出寄存器和配置寄存器的子程序，STOP是停止命令子程序。ADS0只對地址為ED0的ADS1110讀數，如果要讀取其他ADS1110，只需更改地址即可。系統中ADS1110的工作方式選用默認設置，即配置寄存器內容為#8CH，所以程序未向配置寄存器寫(xiě)入數據。程序代碼如下：
 

　　5 結束語(yǔ)

　　ADS1110是一款高性?xún)r(jià)比具有I2C總線(xiàn)接口的串行A／D轉換器。ADS1110已在單片機系統中應用，并用于現場(chǎng)。實(shí)踐證明，ADS1110和單片機組成的數據采集系統，占用I／O端口少、功耗低，適用無(wú)電源場(chǎng)合。但需注意的是，因I2C總線(xiàn)為串行擴展總線(xiàn)，數據采集時(shí)不能用于實(shí)時(shí)速度要求較高的場(chǎng)合。