1CS5532概述

CS5532是美国某公司推出的一种具有极低噪音的、多通道Δ-΢型模拟/数字转换器,由于其采用电荷平衡技术和极低噪声的可编程增益斩波稳定测量放大器,可得到高达24位分辨率的输出结果,精度高,动态特性宽,是其它类型转换器所无法比拟的。CS5532的差动输入端可以直接测量来自传感器的毫伏信号,简化了与外围电路的连接。可编程增益放大器可使放大倍数从1～32进行设定(以2倍步长增加),大大提高了系统的动态特性。多级程控数字滤波器使得数据输出速率可选择,范围为7.5Hz～3.84kHz,方便了与外设的连接。该A/D转换器有一个灵活而简便的同步串行接口,使转换数据以串行方式输出,它与SPI、Microwire兼容。

此外,CS5532内部有一个完整的自校正系统,可进行自校准和系统校准,可消除A/D本身的零点增益和漂移误差,以及系统通道的失调和增益误差。

宽动态特性、可编程输出速率、灵活的供电方式及简便的三线串行输出模式,使得该A/D转换器极易和单片机接口,广泛适用于工业过程控制、称重仪器、便携式仪表及其它高分辨率测量等场合。

2CS5532引脚功能

CS5532是双通道的A/D转换器,其封装形式有20脚双列直插式和20线贴片式。引脚排列如图1所示。CS5532各引脚的功能如表1所示。

3CS5532的结构及工作原理

CS5532由多路开关、可编程增益放大器(PGIA)、四阶差动Δ-΢调制器、程控多阶数字滤波器以及串口、时钟发生器、校准控制系统和输出锁存等组成。其结构如图2所示。

3.1模拟输入

CS5532为双输入通道的A/D转换器,通过设置命令寄存器相应位选择转换通道。模拟输入范围为:5～85mV,80mV～1.2V,200mV～2.5V,参考电压输入范围为+1.0～+5.0V.

CS5532的可编程增益放大器(PGIA)的增益设置为1、2、4、8、16或32。允许小信号输入、增益可编程等特点,从本质上讲,增加了系统的动态范围,简化了与传感器的接口。

该A/D转换器有3种供电方式:

(1)VA+=+5V;VA-=0V;VD+=+3～+5V;

(2)VA+=+2.5V;VA-=-2.5V;VD+=+3～+5V;

(3)VA+=+3V;VA-=-3V;VD+=+3V;外部参考电压输入范围为+1.0～+5.0V.

3.2内部寄存器

CS5532芯片内有一微处理器,用来控制A/D与外设之间的数据传送。该微处理器内有一个命令寄存器,一个结构寄存器,4个通道设置寄存器,一个转换数据寄存器(只读)和各通道的增益寄存器、偏差寄存器。所有的寄存器,除了命令寄存器是8个字节,其余都是32字节。

3.2.1命令寄存器

8位只写命令寄存器,用于存放供片内微处理器使用的指令。该指令分为两类,通过其最高位(D7)为0或1来区分。D7=0时,寄存器指令为对其它寄存器进行读写操作的指令;D7=1时,为设置A/D转换方式、启动A/D转换或校准、设置通道设置寄存器指针的指令。

3.2.2结构寄存器

32位结构寄存器主要是用来设置芯片工作电源、软件复位、输入短路及参考电压的选择。

CS5532设计了4种供电方式:正常方式、低电量方式、备份方式和睡眠方式。系统一上电A/D处于正常供电方式,若结构寄存器的LMP位(D21)(低能量方式)置“1”,A/D处于低能量工作方式,该方式可降低电量损耗,但会产生一些噪声和线性误差。后两种方式为节能方式,由结构寄存器的D31、D30两位控制。

3.2.3通道设置寄存器

CS5532有4个通道设置寄存器,每个通道设置寄存器由两个16位的设置寄存器组成。通道设置寄存器可用来指定哪一通道进行转换,以何种增益进行转换,转换速率,以及转换输出的单/双极性等。增益设置范围为:1、2、4、8、16、32,转换速率范围为7.5Hz,15Hz,30Hz,60Hz,120Hz,240Hz,480Hz,960Hz,1.92kHz,3.84kHz(XIN=4.9152MHz)。

3.2.4数据寄存器

CS5532有两种转换方式:单步转换和连续转换。

转换后的数据存放在数据寄存器中。该寄存器为只读寄存器,共32位,其中高24位为数据位,数据输出位串行输出,先输出数据最高位。

数据寄存器的D3位为溢出标志位(OF),所得数据超出量程范围时,该位为“1”。D1和D0为通道标志位(CI),用来表明哪一通道转换完成。

3.2.532位增益寄存器和32位偏差寄存器每个物理通道各有一个,用于存放校验所得的增益值和偏差值。

3.3串行接口

CS5532的串行接口有4根控制线:CS、SDI、SDO、SCLK。图3为命令与数据传送时序图。CS为片选端,串口始能控制线,低电平有效。SDI为串行数据入。将数据信号传送给转换器。SDO为串行数据出。将数据信号从转换器送出。/CS为高电平时,SDO处于高阻状态。SCLK为串行移位时钟,控制A/D串口数据的移位。

3.4校准

CS5532内部有一个完整的自校正系统,分为自校准和系统校准两种方式。内部校准可在需要的时候进行,但必须在系统初始化后进行。偏差校准在前,增益校准在后。校正结果存在偏差和增益寄存器中。

4应用

4.1硬件设计

渗碳液体流量监测仪是用来对渗碳工作过程中所加入的煤油、甲醇量进行精确测量的仪器,由于渗碳液是以“滴”加入的,每滴的重量只有几十毫克,因此对测量用的传感器和A/D转换器的精度要求很高。针对这一要求,采用精度为0.02的传感器和CS5532—24位A/D转换器,并采用89C51作为主控芯片,再加上相应的数值处理程序,实现了用户要求。

由于CS5532允许mV级信号输入,且采用简单的三线串口通讯方式,故其与单片机及外围设备的接口非常简单。电路原理图见图4。

从图4可以看出,单片机89C51的P0.0脚控制A/D片CS5532的片选端/CS,通过P0.1、P0.2和P0.3实现与A/D片的命令数据传送。

4.2软件设计

软件主要包括系统复位初始化模块、A/D转换控制模块、数据处理模块以及显示打印模块等。因为A/D转换、数据处理以及显示打印等与具体应用紧密相关,暂不介绍,这里介绍CS5532的初始化。

4.2.1运用A/D串口初始化程序使CS5532串口初CS5532没有提供系统上电自动复位功能,必须先写一段串口初始化程序,使A/D片处于接收命令指令状态。该程序要求先传送15个SYNC1命令(0FFH),再传送一个SYNC0命令(0FEH)。该程序可以在任何时候使串口重新初始化。

4.2.2A/D系统复位

A/D串口初始化后,还要使A/D内部逻辑复位。该操作通过将结构寄存器中的RS位(D29)置“1”来完成。当一个系统复位周期结束后,RS位自动回到“0”。

4.2.3参考电压的设置

设置结构寄存器中的VRS位(D25),选择适当的参考电压。VRS=0时,2.5V

4.2.4初始化通道设置寄存器CSRs,定义A/D进行校准或转换

CSRs初始化后,A/D校准就有3种选择:

(1)不校准,直接利用缺省值;(2)进行自校准或系统校准;(3)调用存在偏差和增益寄存器内的以前校准内容。校准后,A/D开始进行转换。CS5532的初始化和读、写操作程序(略)。

5.结束语

通过在哈尔滨汽轮机厂的实际使用,证明基于CS5532设计的渗碳液体流量监测仪,无论在精度还是在准度上都能够满足用户要求,实时监测出流量的大小,实现了渗碳领域液体流量监测自动化,并填补了国内高精度称重仪的空白。同时也证明,在速度要求不高,信号变化大的弱信号检测中,CS5532将获得广泛

的应用。

 

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