CS1242是國內自行研制的最新AX模數轉換器,由于運用了電荷平衡技 術,其性能可以達到24位,內部有一個極低噪聲、增益可選的載波穩定儀表放大器和一個 4階AZ調制器,三線串行接口,可直接與單片機連接,非常適合測量稱重傳感器輸出的直 流毫伏信號。具有動態范圍寬、電源配置靈活、體積小、功耗低、抗干擾能力強等特點,完 全可以替代國外同類產品,如CS5532等。而價格不到國外同類產品的三分之使得該芯 片成為目前用于高分辯率、低成本稱重儀表的理想產品。
1.概述
地磅作為國家重點管理的計量器具產品在國內 外貿易結算、大宗物料計量、冶金、重型裝備、制 造業工藝控制以及交通道路安全等諸多方面發揮了 重要作用。近幾年,電子技術的高速發展,促進了地磅技術的快速發展,由稱重儀表和傳感器組成的 各類電子衡器也得到了廣泛的應用,特別是稱重儀 表技術,在電子技術高速發展的支持下,稱重儀表 在新產品開發、設計等方面都取得了很大的進步, 使稱重儀表從單一稱重顯示局向集成化、多功能化和智能化等高端儀表方向發展。然而,隨著市場競 爭的越來越激烈,許多地磅廠家都推出了相應的稱 重儀表;但由于設計不同,價格差距也較大,特別 是在高端稱重儀表方面,價格更是高得離譜。實際 上,高端稱重儀表除了功能以外,主要是分辨率 高,當然也包括外殼采用了的材料等。
目前,許多稱重儀表采用雙積分或三積分 A/D轉換器,不但功耗大,面積也大,分辨率一 般只能做到16位到18位,抗電磁波干擾能力較 差。特別是電磁波功率增大到一定程度如對講 機時,就會對稱重數據造成較明顯的干擾,使得 讀數不穩,從而影響正常的稱重計量。CS1242的 低功耗和24位的高分辨率,特別是它不足1 cm2 的面積和超強的抗電磁波干擾能力,非常適合用在 附近有無線發射/接收設備的場合,CS1242在稱 重儀表上的應用,較大提高了稱重儀表的性能和工作的可靠性。下面就CS1242型模數轉換器特性、 工作原理、與單片機接口電路設計、程序設計思路 做詳細的闡述。
2.CS1242特性及工作原理
可編程增益放大器4?128倍 △∑模數轉換器
線性誤差:小于0.0015%FS 分辨率:24位,有效精度22位 二通道差動輸入 可編程增益:1?128 三線串行接口 :兼容SPI總線接口 低功耗:最小0.6mW 電源配置:2.7 V?5.5 V
3.CS1242模數轉換原理
其原理框圖如圖1所示。
AIN0?AIN3是CS1242的模擬信號輸入端傳感器輸出的毫伏級信號加到CS1242的模擬輸入 端,單片機通過三線串行接口(SCLK、SDI、SDO) 選擇CS1242的通道、增益和輸出字速率,然后啟 動A/D轉換,轉換結束后,讀取A/D結果。
4.CS1242與單片機接口電路設計
與單片機接口部分電路原理圖如圖2所示。 讀取A/D轉換結果后,單片機經過判斷、數 字濾波、標度變換和譯碼后,送顯示驅動電路,再 由顯示屏顯示出相應的稱重值,同時可以通過 RS232接口輸出標準串行數據,也可由RS485接 口實現遠距離傳輸。
在圖2中,R1、R2、R3、R4為傳感器中的應 變計,其輸出信號接到CS1242的模擬輸入通道 1, R5、C3組成模擬與數字電源之間的RC濾波 器,XT1為晶振,C1為模擬電源濾波電容,CS為 片選控制端,是允許訪問串行口的控制線,當CS 拉低時,串行口可作為三線接口來訪問。SDI為串 行數據輸入端,SDO為串行數據輸出端,當CS=1 時,SDO為高阻態。SCLK為串行時鐘,是數據位 移入或移出ADC串行口的控制時鐘,只有當CS= 0時,串行口時鐘才能被端口邏輯識別。
5.程序設計
5.1讀/寫片內寄存器 其時序電路如圖3、圖4所示c 5.2程序流程框圖 如圖 5。
6.試驗結果
為了檢驗應用CS1242型模數轉換器的稱重儀 表準確度,我們參照了 GB/T7724 —1999的檢測 方法,用標準信號源進行試驗,進口七位半電壓表 監測,重復測試3次,結果見表1。
7.結束語
表1的測試結果是經過標度變換后得到的顯 示值(未進行非線性修正,當量精度達到了 0.001%,如果要得到更高的精度,還可采用多點非 線性修正的方法。在稱重儀表設計中采用高分辨率 模數轉換器,的確是提高儀表準確度的一種切實可 行的方法。