1 ADS1211的結構及特點

ADS1211是美國Burr-Brown公司生產的高精度模數轉換（A/D）芯片，它采用24腳雙列直插式封裝形式，圖1是ADS1211的引腳排列，各引腳的功能如表1所列。

表1 ADS1211的引腳功能

ADS1211是具有高精度寬動態范圍的A/D轉換芯片，它帶有自校正∑-ΔA/D轉換器。其內部由可編程增益放大器、二階∑-Δ調制器、調制控制單元、可編程數字濾波器和微處理器組成，其中微處理器含有指令寄存器、命令寄存器、數據寄存器、校正寄存器、串行接口、時鐘產生電路、+2.5V基準源、+3.3V參考電壓源以4通道差動輸入模擬開關等。圖2是ADS1211的內部結構框圖。當ADS1211再次上電復位時，首先由微處理器將內部所有的寄存器復位成缺省狀態，并將調制器復位成穩定狀態，再以850Hz的頻率進行自校準，然后時入轉換狀態（即正常操作模式）。ADS1211的主要特點如下：

●采用∑-ΔA/D轉換方式;

●具有24位無誤碼率，其線性誤差小于0.0015%;

●在10Hz時，可獲得23位有效分辨率，在1000Hz時，可達到20位的有效分辨能力;

●采用4通道差動輸入;

●內含可編程增益放大器，放大倍數可在1，2，4，8，16中選取;

●帶有內部/外部基準源;

●芯片內有半自動校準功能;

●與SPI兼容，并可提供雙線控制模式。

2 ADS1211的重要寄存器設置

2.1 指令寄存器（2N5R）

ADS1211中的指令寄存器格式及其設置說明如圖3所示。

2.2 命令寄存器（CMR）

圖4是ADS1211中的命令寄存器格式。其各位的含義和設置如下：

BIAS：偏置電壓輸出開/關位。BIAS為“0”時為關狀態;為“1”時為開狀態;

REF0：基準電壓輸出開/關位。為“0”時為關狀態;為“1”時為開狀態;

DF：數據輸出格式位。“0”為二進制補碼;“1”為偏移二進制碼;

V/B：數據極性位。“0”為雙極性;“1”為單極性;

BD：字節順序位為“0”時表示先讀最高字節;為“1”表示先讀最低字節;

MSB：位順序控制位。“0”表示先讀最高位;“1”表示先讀最低位;

SDL：數據輸出引腳選擇位。為“0”時，選擇SDL為輸出;為“1”時，選擇Sdout為輸出;

DRDY：數據準備就緒位。“0”為準備好;“1”為未準備好;

G2～G0：增益選擇控制位。

MD2～MD0：操作模式位，其操作方式的選擇如表2所列。

表2 ADS1211的操作模式選擇 ［table］［/table］

CH1～CH0：通道選擇位，該兩位組合為00、01、10、11可分別用來選擇1通道到通道4。

SF2～SF0：加速因子選擇位，從000～100的五種組合分別表示選擇1、2、4、8和16。

DR12～DR0：抽取率選擇位，其有效范圍為20～8000。ADS1211的轉換速率和加速因子的關系如下：

轉換速率fDATA=fxin·TMR512抽取率

式中：fxin指的是從Xm引腳引入的時鐘信號的頻率;TMR則是指加速因子的值;

應當注意的是：增益和加速因子的乘積應不大于16。

2.3 輸出數據寄存器（DOR）

輸出數據寄存器DOR是一個24位寄存器，可用來存放最新的轉換結果，DOR內容剛好在DRDY信號由高變低前被更新，如果在（1/fDATA-12×1/fxin）所定義的時間間隔內設有讀取DOR的內容，則原有的內容將被覆蓋。

另外，OCR和FCR寄存器還可用于存放零點校正和滿量程校正參數值。

3 ADS1211與89C52的接口電路

圖5是在測量三相電壓和電流時的ADS1211與89C52單片機的實際硬件接口電路，筆者采取從動方式，并采用四線制方式來實現ADS1211與單片機的接口，即將DRDY、SCLK、SDIO、SDOUT四條接口信號線分別接至89C52單片機的P1.1、P1.2、P1.3、P1.4引腳。

4 串行接口讀/寫時序

圖6是ADS1211在從動方式下將片選端固定接地時與單片機進行接口的軟件讀/寫時序。

5 軟件流程圖

根據圖5所示的ADS1211與單片機的接口電路給出的程序流程圖如圖7所示。

如果將電路設置為從動方式，那么增益GAIN應選為1，加速因子TMR為1，fXIN選擇10MHz，抽取率（DR）為1952（即0011110100000），fDATA為10MHz并選擇單極性輸入和半自動校準方式，同時選擇通道輸入1，那么，具體的測量程序和讀寫延時子程序如下：

測量主程序：

SDIO EQV P1.3

SCLK EQV P1.2

DRDY EQV P1.1

SDOUT EQV P1.4

ORG 0000H

CLR EA

CLR SCLK

LCALL TIME ;延時子程序

JB DRDY，$

NOP

NOP

MOV A，#64H

LCALL WRBYTE;WRITE-INSR

NOP

NOP

MOV A，#52H

LCALL WRBYTE;

MOV A，#20H

LCALL WRBYTE;

MOV A，#70H

LCALL WRGYTE;

MOV A，#0AON

LCALL WRBYTE;WRITE-CMR

SETB DRDY

JB DYDY，$

NOP

NOP

MOV A，#0AON

LCALL WRTYTE;WRITE-INSR

NOP

NOP

LCALL RDBYTE

MOV 22H，A;

LCALL RDBYTE

MOV 21H，A;

LCALL RDBYTE

MOV 20H，A;READ-DOR

SETB DRDY

。

。

。

讀數據子程序;

RDBYTE：MOV R7，#8

RDBYTE1：SETB SCLK

MOV C，SDOUT

CLR SCLK

RLC A

DJNZ R7，RDBYTE1

RET

寫數據子程序：

WRBYTE：MOV R7，#8

WRBYTE1：RLC A

SETB SCLK

MOV SDIO，C

CLK SCLK

DJZN R7，WRBYTE1

RET

延時子程序：

TIME：MOV R6，#10

TIME1：MOV R7，#OFFH

DJNZ R7，$

DJNZ R6，TIME1

RET

6 注意事項

利用該方法設計接口電路時，應注意以下兩點：

（1）地線要盡量短而粗，數字地和模擬地要分開布線，并要在一點匯合，模擬地可布置在ADS1211芯片的下面，但數字信號應避免布在AD78715芯片的下面， 時鐘信號要用數字地屏蔽，輸入的模擬信號要用模擬地屏蔽。

（2）模擬電源AVDD和數字電源DVDD最好分開用，最好使用精密基準電源，因為精密其準電源可以提高測量數據的穩定度。

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