ADS1110自校準模數轉換器在稱重中的應用

秦偉

(陜西理工學院 電信工程系,漢中723000)

秦偉(教師),研究方向為檢測技術。

引 言

ADS1110是精密的連續自校準A/D轉換器,帶有差分輸入和高達16位的分辨率。片內可編程的增益放大器PGA提供高達8倍的增益,并且允許以高分辨率對較小的信號進行測量。

1 ADS1110芯片結構及工作原理

1.1 ADS1110芯片結構

ADS1110由 Δ-Σ A/D轉換器、可程控增益放大、2.048 V的電壓基準、時鐘振蕩器和I2C總線接口組成,其結構如圖1所示。

圖1 ADS1110芯片結構

1.2 ADS1110工作原理

ADS1110模數轉換器是由1個差分開關電容Δ-Σ調節器和1個數字濾波器組成。調節器測量正模擬輸入和負模擬輸入的壓差,并將其與基準電壓相比較,數字濾波器從調節器接收高速位流,并輸出一個代碼。該代碼是一個與輸入電壓成比例的數字,這個數字被限定在一定范圍內,范圍取決于代表輸出碼所需要的位數。在ADS1110中,基準電壓為2.048 V,該基準通常用作A/D轉換器的電壓基準,不允許接外部基準。ADS1110只能采用內部電壓基準,而且該基準不能直接測得,也不能被外部電路使用。

2 ADS1110在稱重測量中的應用

數字電子稱是日常生活中廣泛使用的一種稱量工具,市場上使用的各式小量程電子稱存在一定的局限性,這些電子稱體積大、成本高、計量誤差大。本文提出的電子稱選用低功耗、超低價控制芯片STC89C51RC和16位ΔΣA/D轉換器ADS1110,設計一種體積小、低成本、計量精度高、工作可靠的小量程電子稱。

ADS1110與STC89C51RC單片機組成的稱重系統的硬件原理如圖2所示。

設計中選用單點式荷重傳感器 LC8020,其精度為0.03%,靈敏度(2.0±0.2)mV/V,額定量程5 kg,供橋電壓5 V。當稱重傳感器滿負載5 kg時,傳感器輸出電壓變化(10±1)mV,此時要求加入ADS1110的電壓為1 024 mV。設計配置8位ADS1110寄存器如表1所列。

表1 ADS1110寄存器配置表

圖2 系統硬件電路原理

3 軟件設計

按照硬件電路,采用匯編語言編程,在KeilA51 V8.50環境下調試通過,并成功應用在單片機稱重系統中。軟件按功能模塊,主要由LCD顯示控制、ADS1110模數轉化、超負荷報警檢測、采集數據處理、鍵盤中斷等子程序構成。此處側重介紹ADS1110模數轉換程序。程序代碼如下:

4 實驗結果

根據上述設計方案制作了實驗電路,各電路模塊所需的電源由電源模塊提供。電源模塊以7805為核心,為電路提供5 V穩壓電源。

測試條件:稱重傳感器型號LC8020,額定載荷5 kg,傳感器信號線長0.2 m,測試載物臺面尺寸?100 mm,測試環境溫度27.8℃。測試結果如表2所列。

表2 實驗電路測試結果 kg

結 語

將ADS1110應用于小量程電子稱,能充分發揮其性能特點,降低硬件成本。實驗證明,該電子稱在日常條件下工作可靠,具有精度高、體積小、讀數直觀等優點。經驗證實現秤重測量范圍0～5 kg,最小分辨1 g。可以很好地適應日常生活需要,在民用市場上有著良好的應用前景。

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