采用AD7705的萬能信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì)資料下載

　　在智能儀器儀表的數(shù)據(jù)采集中，由于傳統(tǒng)的傳感器信號(hào)是模擬信號(hào)，所以對于智能化的儀器，肯定需要A/D轉(zhuǎn)換器將多種輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的控制。在許多應(yīng)用場合需要16位以上的高精度測量，而傳統(tǒng)的積分型和逐次比較型A/D實(shí)現(xiàn)起來難度較大，成本很高。因此本電路采用了16位的∑-?型AD7705作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了電壓、電阻、電流等不同量程信號(hào)輸入，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和顯示。 　　1.AD7705介紹 　　AD7705是一種片內(nèi)帶數(shù)字濾波的∑-?型A/D轉(zhuǎn)換器，是為滿足寬動(dòng)態(tài)范圍測量、工業(yè)控制或工藝控制中的低頻信號(hào)的輪換而設(shè)計(jì)的。該器件可以接受直接來自傳感器的低電平輸人信號(hào)，然后產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出，利用∑-?轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了16位無丟失代碼性能。AD7705串行接口可配置為三線SPI接口，增益值、信號(hào)極性以及更新速率的選擇可用串行輸人口由軟件來配置，該器件還包括自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)選項(xiàng)，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差。AD7705的引腳排列如圖1所示，各引腳的功能說明如下： 　　圖1 AD7705的引腳排列圖 　　SCLK：串行時(shí)鐘輸入;MCLKIN：主時(shí)鐘輸入，時(shí)鐘頻率為500～5MHz; 　　MCLK OUT：主時(shí)鐘輸出;/CS：片選，低電平有效; 　　/RESET：復(fù)位。該端口為低電平時(shí)，可以將控制邏輯、接口邏輯、校準(zhǔn)系數(shù)以及數(shù)字濾波器等復(fù)位為上電狀態(tài); 　　AIN2(﹢)、AIN2(﹣)：分別為差分模擬輸入通道2的正、負(fù)輸入端; 　　AIN1(﹢)、AIN1(﹣)：分別為差分輸入通道1的正、負(fù)輸入端; 　　REFIN(﹢)、REFIN(﹣)：分別為參考電壓的正、負(fù)端。為了確保元件的正常工作，REFIN(﹢)端口的輸入信號(hào)必須大于REFIN(﹣)端的輸入; 　　/DRDY：邏輯輸出.低電平表示可以讀取新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;高電平時(shí)不可讀取數(shù)據(jù); 　　DIN，DOUT：分別為串行數(shù)據(jù)輸入和輸出端; 　　VDD：電源電壓， 2.7～ 5.25V;GND：內(nèi)部電路的地電位基準(zhǔn)點(diǎn)。 　　2.電路設(shè)計(jì) 　　在該電路設(shè)計(jì)中，必須考慮隔離技術(shù)的實(shí)施，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力.并且使A/D轉(zhuǎn)換過程容易進(jìn)行，這是系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一。 　　2.1 AD7705輸入電路 　　基于AD7705的萬能信號(hào)輸入電路的輸入端電路圖，如圖2所示： 　　圖2 AD7705萬能信號(hào)輸入電路的輸入端電路圖 　　圖3 輸入信號(hào)接線方式圖 　　該電路的3個(gè)端子有多種不同的接法，可以實(shí)現(xiàn)多種輸入信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換。這里介紹四種輸入信號(hào)類型，分別為電壓、電流、熱電偶、熱電阻和電阻，各種輸入信號(hào)的接線方式，如圖3所示。AD7705作為數(shù)據(jù)采集電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有兩個(gè)雙差分輸入通道。由于檢測的信號(hào)有的是雙極性的，而兩通道是差分模擬輸入，只有將模擬輸入端負(fù)端的電位抬高，才能檢測雙極性信號(hào)，因此，將AIN1(﹣)和AIN2(﹣)接至基準(zhǔn)電壓VREF上，基準(zhǔn)電壓值為2.5V，作為輸入電路的模擬地端。用兩通道的模擬輸入正端AIN1(﹢)和AIN2(﹢)來檢測輸入信號(hào)，這兩個(gè)輸入端的電壓值分別記為UAIN1(﹢)和UAIN2(﹢)，兩檢測電壓最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出，因此，通過這兩個(gè)已知的檢測電壓可以得到輸入信號(hào)的值。為了提高該萬能信號(hào)輸入電路的精度，AD7705的輸入電路部分的所有電阻均為標(biāo)準(zhǔn)電阻。 　　量程校準(zhǔn)：外加輸入信號(hào)的下限值，采用上位機(jī)軟件，按畫面指示(自動(dòng)，手動(dòng))可進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn);外加輸入信號(hào)的上限值，按畫面指示(自動(dòng)，手動(dòng))可進(jìn)行滿度校準(zhǔn)，結(jié)果存儲(chǔ)在24C64中。 　　當(dāng)輸入信號(hào)為電壓時(shí)，電壓正端接儀表通道A端子，電壓負(fù)端接儀表通道B端子，電壓為0～5V，1～5V，0～2.5V，0～1V，0～100mV，0～55mV，0～25mV，統(tǒng)記為UAB由電路圖可知該電壓信號(hào)經(jīng)過兩個(gè)20KΩ的電阻分壓后輸入到通道2，因此由通道2，AIN2(﹢)來檢測該電壓信號(hào)，UAB與UAIN2(﹢)的關(guān)系式如下： 　　當(dāng)輸入信號(hào)為電流時(shí)，電流正端接儀表通道A端子，電流負(fù)端接儀表通道C端子，電流值可以為4-20mA，0-10mA，統(tǒng)記為IAC，AC端子之間并聯(lián)250Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻，使線性電流轉(zhuǎn)換為線性電壓，由于基準(zhǔn)電壓的存在，即使輸入電流為0時(shí)，經(jīng)過250Ω和3.6KΩ電阻對基準(zhǔn)電壓的分壓，通道1AIN1(﹢)仍有檢測電壓的存在，AIN1(﹢)的檢測電壓值要減去輸入電流為0時(shí)的檢測電壓值，檢測電壓值同樣是經(jīng)過兩個(gè)20KΩ的電阻分壓后得到的。而輸入電流分為250Ω和3.6KΩ電阻兩個(gè)回路，即這兩個(gè)電阻在電流的回路上是并聯(lián)的。具體的計(jì)算關(guān)系如下： 　　熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器，它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化這一特性來進(jìn)行溫度測量的，當(dāng)輸入信號(hào)為溫度時(shí)，通過熱電阻來檢測溫度，實(shí)際上輸入信號(hào)就變成了熱電阻，求得熱電阻的阻值，通過熱電阻的阻值與溫度的對照關(guān)系就求出了溫度值。 　　由于熱電阻要安裝在被測環(huán)境中，距離電阻測量裝置有一定距離，這樣實(shí)際測量的時(shí)候就會(huì)帶來導(dǎo)線電阻的誤差，因此實(shí)際使用熱電阻的時(shí)候都是采用三線制接法，通過電路處理，剔除了導(dǎo)線電阻的影響。 　　熱電阻一端接儀表通道A端子，另外兩端接儀表通道B、C端子，電阻值可以為Cu50，Pt100，統(tǒng)記為RT。為了推導(dǎo)公式和解釋方便，需要對一些變量進(jìn)行設(shè)定.三根導(dǎo)線的電阻值設(shè)為RL，從基準(zhǔn)電壓源出來的總電流為I，通過熱電阻這一支路的電流為I1，通過250Ω電阻的電流為I2，兩支路的電流最終都通過3.6KΩ電阻，即3.6KΩ電阻的電流也是I，下面開始對熱電阻RT進(jìn)行逐步推到： 　　由上面三個(gè)式子可以得到I1，計(jì)算整理后得： 　　在熱電阻這條支路上，由熱電阻、導(dǎo)線電阻和電流可以得到通道1檢測電壓UAC和通道2檢測UAB，即UAIN1(﹢)和UAIN2(﹢)的關(guān)系式： 　　由公式(6)、(7)和(8)得熱電阻RT的計(jì)算公式如下：