高精度模数转换器ADS1211芯片的结构、特点和应用分析
1 ads1211的结构及特点
ads1211是美国burr-brown公司生产的高精度模数转换（a/d）芯片，它采用24脚双列直插式封装形式，图1是ads1211的引脚排列，各引脚的功能如表1所列。
表1 ads1211的引脚功能
ads1211是具有高精度宽动态范围的a/d转换芯片，它带有自校正∑-δa/d转换器。其内部由可编程增益放大器、二阶∑-δ调制器、调制控制单元、可编程数字滤波器和微处理器组成，其中微处理器含有指令寄存器、命令寄存器、数据寄存器、校正寄存器、串行接口、时钟产生电路、+2.5v基准源、+3.3v参考电压源以4通道差动输入模拟开关等。图2是ads1211的内部结构框图。当ads1211再次上电复位时，首先由微处理器将内部所有的寄存器复位成缺省状态，并将调制器复位成稳定状态，再以850hz的频率进行自校准，然后时入转换状态（即正常操作模式）。ads1211的主要特点如下：
●采用∑-δa/d转换方式;
●具有24位无误码率，其线性误差小于0.0015%;
●在10hz时，可获得23位有效分辨率，在1000hz时，可达到20位的有效分辨能力;
●采用4通道差动输入;
●内含可编程增益放大器，放大倍数可在1，2，4，8，16中选取;
●带有内部/外部基准源;
●芯片内有半自动校准功能;
●与spi兼容，并可提供双线控制模式。
2 ads1211的重要寄存器设置
2.1 指令寄存器（2n5r）
ads1211中的指令寄存器格式及其设置说明如图3所示。
2.2 命令寄存器（cmr）
图4是ads1211中的命令寄存器格式。其各位的含义和设置如下：
bias：偏置电压输出开/关位。bias为“0”时为关状态;为“1”时为开状态;
ref0：基准电压输出开/关位。为“0”时为关状态;为“1”时为开状态;
df：数据输出格式位。“0”为二进制补码;“1”为偏移二进制码;
v/b：数据极性位。“0”为双极性;“1”为单极性;
bd：字节顺序位为“0”时表示先读最高字节;为“1”表示先读最低字节;
msb：位顺序控制位。“0”表示先读最高位;“1”表示先读最低位;
sdl：数据输出引脚选择位。为“0”时，选择sdl为输出;为“1”时，选择sdout为输出;
drdy：数据准备就绪位。“0”为准备好;“1”为未准备好;
g2～g0：增益选择控制位。
md2～md0：操作模式位，其操作方式的选择如表2所列。
表2 ads1211的操作模式选择 ［table］［/table］
ch1～ch0：通道选择位，该两位组合为00、01、10、11可分别用来选择1通道到通道4。
sf2～sf0：加速因子选择位，从000～100的五种组合分别表示选择1、2、4、8和16。
dr12～dr0：抽取率选择位，其有效范围为20～8000。ads1211的转换速率和加速因子的关系如下：
转换速率fdata=fxin·tmr512抽取率
式中：fxin指的是从xm引脚引入的时钟信号的频率;tmr则是指加速因子的值;
应当注意的是：增益和加速因子的乘积应不大于16。
2.3 输出数据寄存器（dor）
输出数据寄存器dor是一个24位寄存器，可用来存放最新的转换结果，dor内容刚好在drdy信号由高变低前被更新，如果在（1/fdata-12×1/fxin）所定义的时间间隔内设有读取dor的内容，则原有的内容将被覆盖。
另外，ocr和fcr寄存器还可用于存放零点校正和满量程校正参数值。
3 ads1211与89c52的接口电路
图5是在测量三相电压和电流时的ads1211与89c52单片机的实际硬件接口电路，笔者采取从动方式，并采用四线制方式来实现ads1211与单片机的接口，即将drdy、sclk、sdio、sdout四条接口信号线分别接至89c52单片机的p1.1、p1.2、p1.3、p1.4引脚。
4 串行接口读/写时序
图6是ads1211在从动方式下将片选端固定接地时与单片机进行接口的软件读/写时序。
5 软件流程图
根据图5所示的ads1211与单片机的接口电路给出的程序流程图如图7所示。
如果将电路设置为从动方式，那么增益gain应选为1，加速因子tmr为1，fxin选择10mhz，抽取率（dr）为1952（即0011110100000），fdata为10mhz并选择单极性输入和半自动校准方式，同时选择通道输入1，那么，具体的测量程序和读写延时子程序如下：
测量主程序：
sdio eqv p1.3
sclk eqv p1.2
drdy eqv p1.1
sdout eqv p1.4
org 0000h
clr ea
clr sclk
lcall time ;延时子程序
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
。
。
。
读数据子程序;
rdbyte：mov r7，#8
rdbyte1：setb sclk
mov c，sdout
clr sclk
rlc a
djnz r7，rdbyte1
ret
写数据子程序：
wrbyte：mov r7，#8
wrbyte1：rlc a
setb sclk
mov sdio，c
clk sclk
djzn r7，wrbyte1
ret
延时子程序：
time：mov r6，#10
time1：mov r7，#offh
djnz r7，$
djnz r6，time1
ret
6 注意事项
利用该方法设计接口电路时，应注意以下两点：
（1）地线要尽量短而粗，数字地和模拟地要分开布线，并要在一点汇合，模拟地可布置在ads1211芯片的下面，但数字信号应避免布在ad78715芯片的下面， 时钟信号要用数字地屏蔽，输入的模拟信号要用模拟地屏蔽。
（2）模拟电源avdd和数字电源dvdd最好分开用，最好使用精密基准电源，因为精密其准电源可以提高测量数据的稳定度。
焕新出发，利尔智达天下
四层pcb打样需要注意什么
中国正在研发可载弹掠海飞行的地效无人机，成海防一大利器
让你懂得完美PLC程序是什么样子？
室内led显示屏P2.5和P3的区别到底在哪里
高精度模数转换器ADS1211芯片的结构、特点和应用分析
12通道绿芯GTX312L可编程电容式触摸芯片简介
大疆mini系列无人机正式上架京东
曦智科技发布全新光互连产品，获2023全球闪存峰会多项殊荣
雷电探测器电路原理图讲解
2018年彩电市场整体延续低迷走势 激光电视却逆势高速前行
2008年中国电池行业百强企业排名揭晓
MOS场效应管的基础知识
2019年智能家居十大关键词
启迪漕河泾（中山）科技园二期远程预付费电能管理系统的设计与应用
多功能全屋智能控制的超能面板PRO产品特性
CASCAN拍照式三维扫描仪精密测量叶轮和逆向设计综合技术服务解决方案
聚焦云南地震-物联网安防产品如何协助“抢险救灾”？
com域名和cn域名注册哪一个好，它们有什么区别
新能源车现阶段尚未取代燃油车的原因，真的是里程限制吗？
ads1211是美国burr-brown公司生产的高精度模数转换（a/d）芯片，它采用24脚双列直插式封装形式，图1是ads1211的引脚排列，各引脚的功能如表1所列。
表1 ads1211的引脚功能
ads1211是具有高精度宽动态范围的a/d转换芯片，它带有自校正∑-δa/d转换器。其内部由可编程增益放大器、二阶∑-δ调制器、调制控制单元、可编程数字滤波器和微处理器组成，其中微处理器含有指令寄存器、命令寄存器、数据寄存器、校正寄存器、串行接口、时钟产生电路、+2.5v基准源、+3.3v参考电压源以4通道差动输入模拟开关等。图2是ads1211的内部结构框图。当ads1211再次上电复位时，首先由微处理器将内部所有的寄存器复位成缺省状态，并将调制器复位成稳定状态，再以850hz的频率进行自校准，然后时入转换状态（即正常操作模式）。ads1211的主要特点如下：
●采用∑-δa/d转换方式;
●具有24位无误码率，其线性误差小于0.0015%;
●在10hz时，可获得23位有效分辨率，在1000hz时，可达到20位的有效分辨能力;
●采用4通道差动输入;
●内含可编程增益放大器，放大倍数可在1，2，4，8，16中选取;
●带有内部/外部基准源;
●芯片内有半自动校准功能;
●与spi兼容，并可提供双线控制模式。
2 ads1211的重要寄存器设置
2.1 指令寄存器（2n5r）
ads1211中的指令寄存器格式及其设置说明如图3所示。
2.2 命令寄存器（cmr）
图4是ads1211中的命令寄存器格式。其各位的含义和设置如下：
bias：偏置电压输出开/关位。bias为“0”时为关状态;为“1”时为开状态;
ref0：基准电压输出开/关位。为“0”时为关状态;为“1”时为开状态;
df：数据输出格式位。“0”为二进制补码;“1”为偏移二进制码;
v/b：数据极性位。“0”为双极性;“1”为单极性;
bd：字节顺序位为“0”时表示先读最高字节;为“1”表示先读最低字节;
msb：位顺序控制位。“0”表示先读最高位;“1”表示先读最低位;
sdl：数据输出引脚选择位。为“0”时，选择sdl为输出;为“1”时，选择sdout为输出;
drdy：数据准备就绪位。“0”为准备好;“1”为未准备好;
g2～g0：增益选择控制位。
md2～md0：操作模式位，其操作方式的选择如表2所列。
表2 ads1211的操作模式选择 ［table］［/table］
ch1～ch0：通道选择位，该两位组合为00、01、10、11可分别用来选择1通道到通道4。
sf2～sf0：加速因子选择位，从000～100的五种组合分别表示选择1、2、4、8和16。
dr12～dr0：抽取率选择位，其有效范围为20～8000。ads1211的转换速率和加速因子的关系如下：
转换速率fdata=fxin·tmr512抽取率
式中：fxin指的是从xm引脚引入的时钟信号的频率;tmr则是指加速因子的值;
应当注意的是：增益和加速因子的乘积应不大于16。
2.3 输出数据寄存器（dor）
输出数据寄存器dor是一个24位寄存器，可用来存放最新的转换结果，dor内容刚好在drdy信号由高变低前被更新，如果在（1/fdata-12×1/fxin）所定义的时间间隔内设有读取dor的内容，则原有的内容将被覆盖。
另外，ocr和fcr寄存器还可用于存放零点校正和满量程校正参数值。
3 ads1211与89c52的接口电路
图5是在测量三相电压和电流时的ads1211与89c52单片机的实际硬件接口电路，笔者采取从动方式，并采用四线制方式来实现ads1211与单片机的接口，即将drdy、sclk、sdio、sdout四条接口信号线分别接至89c52单片机的p1.1、p1.2、p1.3、p1.4引脚。
4 串行接口读/写时序
图6是ads1211在从动方式下将片选端固定接地时与单片机进行接口的软件读/写时序。
5 软件流程图
根据图5所示的ads1211与单片机的接口电路给出的程序流程图如图7所示。
如果将电路设置为从动方式，那么增益gain应选为1，加速因子tmr为1，fxin选择10mhz，抽取率（dr）为1952（即0011110100000），fdata为10mhz并选择单极性输入和半自动校准方式，同时选择通道输入1，那么，具体的测量程序和读写延时子程序如下：
测量主程序：
sdio eqv p1.3
sclk eqv p1.2
drdy eqv p1.1
sdout eqv p1.4
org 0000h
clr ea
clr sclk
lcall time ;延时子程序
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
。
。
。
读数据子程序;
rdbyte：mov r7，#8
rdbyte1：setb sclk
mov c，sdout
clr sclk
rlc a
djnz r7，rdbyte1
ret
写数据子程序：
wrbyte：mov r7，#8
wrbyte1：rlc a
setb sclk
mov sdio，c
clk sclk
djzn r7，wrbyte1
ret
延时子程序：
time：mov r6，#10
time1：mov r7，#offh
djnz r7，$
djnz r6，time1
ret
6 注意事项
利用该方法设计接口电路时，应注意以下两点：
（1）地线要尽量短而粗，数字地和模拟地要分开布线，并要在一点汇合，模拟地可布置在ads1211芯片的下面，但数字信号应避免布在ad78715芯片的下面， 时钟信号要用数字地屏蔽，输入的模拟信号要用模拟地屏蔽。
（2）模拟电源avdd和数字电源dvdd最好分开用，最好使用精密基准电源，因为精密其准电源可以提高测量数据的稳定度。
焕新出发，利尔智达天下
四层pcb打样需要注意什么
中国正在研发可载弹掠海飞行的地效无人机，成海防一大利器
让你懂得完美PLC程序是什么样子？
室内led显示屏P2.5和P3的区别到底在哪里
高精度模数转换器ADS1211芯片的结构、特点和应用分析
12通道绿芯GTX312L可编程电容式触摸芯片简介
大疆mini系列无人机正式上架京东
曦智科技发布全新光互连产品，获2023全球闪存峰会多项殊荣
雷电探测器电路原理图讲解
2018年彩电市场整体延续低迷走势 激光电视却逆势高速前行
2008年中国电池行业百强企业排名揭晓
MOS场效应管的基础知识
2019年智能家居十大关键词
启迪漕河泾（中山）科技园二期远程预付费电能管理系统的设计与应用
多功能全屋智能控制的超能面板PRO产品特性
CASCAN拍照式三维扫描仪精密测量叶轮和逆向设计综合技术服务解决方案
聚焦云南地震-物联网安防产品如何协助“抢险救灾”？
com域名和cn域名注册哪一个好，它们有什么区别
新能源车现阶段尚未取代燃油车的原因，真的是里程限制吗？