自校准A／D转换器ADS1110芯片的原理、结构和应用分析

引言

ADS1110是精密的连续自校准A／D转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率。片内可编程的增益放大器PGA提供高达8倍的增益，并且允许以高分辨率对较小的信号进行测量。

1 ADS1110芯片结构及工作原理

1.1ADS1110芯片结构

ADS1110 由△-∑A／D转换器、可程控增益放大、2.048 V的电压基准、时钟振荡器和I2C总线接口组成，其结构如图1所示。

1.2ADS1110工作原理

ADS1110模数转换器是由1个差分开关电容△-∑调节器和1个数字滤波器组成。调节器测量正模拟输入和负模拟输入的压差，并将其与基准电压相比较，数字滤波器从调节器接收高速位流，并输出一个代码。该代码是一个与输入电压成比例的数字，这个数字被限定在一定范围内，范围取决于代表输出码所需要的位数。在ADS1110中，基准电压为 2.048 V，该基准通常用作A／D转换器的电压基准，不允许接外部基准。ADS1110只能采用内部电压基准，而且该基准不能直接测得，也不能被外部电路使用。

2 ADS1110在称重测量中的应用

数字电子称是日常生活中广泛使用的一种称量工具，市场上使用的各式小量程电子称存在一定的局限性，这些电子称体积大、成本高、计量误差大。本文提出的电子称选用低功耗、超低价控制芯片STC89C51RC和16位△-∑A／D转换器ADS1110，设计一种体积小、低成本、计量精度高、工作可靠的小量程电子称。

ADS1110与STC89C51RC单片机组成的称重系统的硬件原理如图2 所示。

设计中选用单点式荷重传感器LC8020，其精度为0.03％，灵敏度 （2.0±0.2）mV／V，额定量程5 kg，供桥电压5 V。当称重传感器满负载5 kg时，传感器输出电压变化（10±1）mV，此时要求加入ADS1110的电压为1 024mV。设计配置8位ADS1110寄存器如表1所列。

ST／DRTY位的含意取决于它是被写入还是被读出。在单周期转换方式中，写1到 ST／DRTY位则转换开始，写入0无影响；在连续方式中，ADS1110忽略写入ST／DRTY的值。在进行读操作时，ST／DRTY雨表明输出寄存器中的数据是否为新数据。如果ST／DRTY为0，则刚从输出寄存器中读出的数据是新数据；如果ST／DRTY为1，则刚从输出寄存器读出的数据以前已经被读取过。保留位位6和位5置为0。SC位控制ADS1110是以连续转换方式工作还是以单周期转换方式工作，置SC为1时，ADS1110以单周期转换方式工作。DR的位3和位2控制ADS1110的数据速率，置DR的位3和位2为1表示ADS1110的数据采样率为15 sps。PGA的位1和0控制ADS1110的增益，置PGA位1和0为1、0表示ADS1110的PGA增益为4。

3 软件设计

按照硬件电路，采用汇编语言编程，在KeilA51 V8.50环境下调试通过，并成功应用在单片机称重系统中。软件按功能模块，主要由LCD显示控制、ADS1110模数转化、超负荷报警检测、采集数据处理、键盘中断等子程序构成。此处侧重介绍ADS1110模数转换程序。程序代码如下：

4 实验结果

根据上述设计方案制作了实验电路，各电路模块所需的电源由电源模块提供。电源模块以7805为核心，为电路提供5 V稳压电源。

测试条件：称重传感器型号LC8020，额定载荷5 kg，传感器信号线长0.2 m，测试载物台面尺寸Ø 100 mm，测试环境温度27.8℃。测试结果如表2所列。

结语

将ADS1110应用于小量程电子称，能充分发挥其性能特点，降低硬件成本。实验证明，该电子称在日常条件下工作可靠，具有精度高、体积小、读数直观等优点。经验证实现秤重测量范围0～5 kg，最小分辨1 g。可以很好地适应日常生活需要，在民用市场上有着良好的应用前景。

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