采用AD7705的万能信号输入电路设计资料下载

　　在智能仪器仪表的数据采集中，由于传统的传感器信号是模拟信号，所以对于智能化的仪器，肯定需要A/D转换器将多种输入信号进行转换，以实现单片机的控制。在许多应用场合需要16位以上的高精度测量，而传统的积分型和逐次比较型A/D实现起来难度较大，成本很高。因此本电路采用了16位的∑-∆型AD7705作为模数转换器，实现了电压、电阻、电流等不同量程信号输入，进而进行数据的存储和显示。 　　1.AD7705介绍 　　AD7705是一种片内带数字滤波的∑-∆型A/D转换器，是为满足宽动态范围测量、工业控制或工艺控制中的低频信号的轮换而设计的。该器件可以接受直接来自传感器的低电平输人信号，然后产生串行的数字输出，利用∑-∆转换技术实现了16位无丢失代码性能。AD7705串行接口可配置为三线SPI接口，增益值、信号极性以及更新速率的选择可用串行输人口由软件来配置，该器件还包括自校准和系统校准选项，以消除器件本身或系统的增益和偏移误差。AD7705的引脚排列如图1所示，各引脚的功能说明如下： 　　图1 AD7705的引脚排列图 　　SCLK：串行时钟输入;MCLKIN：主时钟输入，时钟频率为500～5MHz; 　　MCLK OUT：主时钟输出;/CS：片选，低电平有效; 　　/RESET：复位。该端口为低电平时，可以将控制逻辑、接口逻辑、校准系数以及数字滤波器等复位为上电状态; 　　AIN2(﹢)、AIN2(﹣)：分别为差分模拟输入通道2的正、负输入端; 　　AIN1(﹢)、AIN1(﹣)：分别为差分输入通道1的正、负输入端; 　　REFIN(﹢)、REFIN(﹣)：分别为参考电压的正、负端。为了确保元件的正常工作，REFIN(﹢)端口的输入信号必须大于REFIN(﹣)端的输入; 　　/DRDY：逻辑输出.低电平表示可以读取新的数据转换;高电平时不可读取数据; 　　DIN，DOUT：分别为串行数据输入和输出端; 　　VDD：电源电压， 2.7～ 5.25V;GND：内部电路的地电位基准点。 　　2.电路设计 　　在该电路设计中，必须考虑隔离技术的实施，以提高系统的抗干扰能力.并且使A/D转换过程容易进行，这是系统关键技术之一。 　　2.1 AD7705输入电路 　　基于AD7705的万能信号输入电路的输入端电路图，如图2所示： 　　图2 AD7705万能信号输入电路的输入端电路图 　　图3 输入信号接线方式图 　　该电路的3个端子有多种不同的接法，可以实现多种输入信号的采集和转换。这里介绍四种输入信号类型，分别为电压、电流、热电偶、热电阻和电阻，各种输入信号的接线方式，如图3所示。AD7705作为数据采集电路的模数转换器，具有两个双差分输入通道。由于检测的信号有的是双极性的，而两通道是差分模拟输入，只有将模拟输入端负端的电位抬高，才能检测双极性信号，因此，将AIN1(﹣)和AIN2(﹣)接至基准电压VREF上，基准电压值为2.5V，作为输入电路的模拟地端。用两通道的模拟输入正端AIN1(﹢)和AIN2(﹢)来检测输入信号，这两个输入端的电压值分别记为UAIN1(﹢)和UAIN2(﹢)，两检测电压最终转换成数字量输出，因此，通过这两个已知的检测电压可以得到输入信号的值。为了提高该万能信号输入电路的精度，AD7705的输入电路部分的所有电阻均为标准电阻。 　　量程校准：外加输入信号的下限值，采用上位机软件，按画面指示(自动，手动)可进行零点校准;外加输入信号的上限值，按画面指示(自动，手动)可进行满度校准，结果存储在24C64中。 　　当输入信号为电压时，电压正端接仪表通道A端子，电压负端接仪表通道B端子，电压为0～5V，1～5V，0～2.5V，0～1V，0～100mV，0～55mV，0～25mV，统记为UAB由电路图可知该电压信号经过两个20KΩ的电阻分压后输入到通道2，因此由通道2，AIN2(﹢)来检测该电压信号，UAB与UAIN2(﹢)的关系式如下： 　　当输入信号为电流时，电流正端接仪表通道A端子，电流负端接仪表通道C端子，电流值可以为4-20mA，0-10mA，统记为IAC，AC端子之间并联250Ω的标准电阻，使线性电流转换为线性电压，由于基准电压的存在，即使输入电流为0时，经过250Ω和3.6KΩ电阻对基准电压的分压，通道1AIN1(﹢)仍有检测电压的存在，AIN1(﹢)的检测电压值要减去输入电流为0时的检测电压值，检测电压值同样是经过两个20KΩ的电阻分压后得到的。而输入电流分为250Ω和3.6KΩ电阻两个回路，即这两个电阻在电流的回路上是并联的。具体的计算关系如下： 　　热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，它的主要特点是测量精度高，性能稳定。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的变化而变化这一特性来进行温度测量的，当输入信号为温度时，通过热电阻来检测温度，实际上输入信号就变成了热电阻，求得热电阻的阻值，通过热电阻的阻值与温度的对照关系就求出了温度值。 　　由于热电阻要安装在被测环境中，距离电阻测量装置有一定距离，这样实际测量的时候就会带来导线电阻的误差，因此实际使用热电阻的时候都是采用三线制接法，通过电路处理，剔除了导线电阻的影响。 　　热电阻一端接仪表通道A端子，另外两端接仪表通道B、C端子，电阻值可以为Cu50，Pt100，统记为RT。为了推导公式和解释方便，需要对一些变量进行设定.三根导线的电阻值设为RL，从基准电压源出来的总电流为I，通过热电阻这一支路的电流为I1，通过250Ω电阻的电流为I2，两支路的电流最终都通过3.6KΩ电阻，即3.6KΩ电阻的电流也是I，下面开始对热电阻RT进行逐步推到： 　　由上面三个式子可以得到I1，计算整理后得： 　　在热电阻这条支路上，由热电阻、导线电阻和电流可以得到通道1检测电压UAC和通道2检测UAB，即UAIN1(﹢)和UAIN2(﹢)的关系式： 　　由公式(6)、(7)和(8)得热电阻RT的计算公式如下：