ADS1110自校准模数转换器在称重中的应用

秦伟

(陕西理工学院 电信工程系,汉中723000)

秦伟(教师),研究方向为检测技术。

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

1.1 ADS1110芯片结构

ADS1110由 Δ-Σ 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。

图1 ADS1110芯片结构

1.2 ADS1110工作原理

ADS1110模数转换器是由1个差分开关电容Δ-Σ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ΔΣA/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1 024 mV。设计配置8位ADS1110寄存器如表1所列。

表1 ADS1110寄存器配置表

图2 系统硬件电路原理

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∅100 mm,测试环境温度27.8℃。测试结果如表2所列。

表2 实验电路测试结果 kg

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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