摘要 简要介绍了AD1376芯片的功能特点，给出了AD1376在陀螺仪漂移测试装置中与单片机接口电路的应用实例。
关键词 AD1376 单片机 接口
Application of AD1376
in Gyroscope Drift Measurement Device
Abstract：This paper shortly introduces the feature of AD1376,gives an application example which is the interface circuit design of AD1376 with single chip microcomputer in gyroscope drift measurement device.
Key Words：AD1376 Single chip microcomputer Interface
对于精度要求较高的惯性导航系统，随机漂移是影响陀螺仪精度的一个不可忽视的因素，测漂作为检测和衡量惯性元器件优劣、分析误差源、研究漂移特性、寻求提高其精度方案的一种有效手段，越来越为人们所重视。我们研制了适用于动力调谐陀螺仪的TCB-1型“陀螺漂移测试系统”，利用模拟再平衡回路(力矩反馈回路)实现对陀螺仪的锁定，将漂移信号相应地变成力矩器主线圈中模拟电流的大小，用精密电阻采样，变成电压信号，再通过A/D转换成数字信号送入单片机进行实时数据处理、显示、通讯，实现实时性、高精度、大数据量的信号采集。
依据对漂移信号的分析，要满足其数据采集的精度和实时性要求，必须使用分辨率高、转换速度快的A/D转换器，测试系统中选用了AD1376作为信号采集的核心器件。
1 AD1376的功能特点
AD1376是一种逐次逼近型十六位A/D转换器，双列直插封装，32引脚(参阅图2)。内部主要由16位CMOSDAC，16位逐次逼近寄存器，低功耗比较器，稳定的内部参考时钟，低噪音参考电源以及模拟输入电阻网络和高质量的旁路钽电容等组成。AD1376最大线性误差小于±0.003%；最高转换速度可达16μs；输入电压范围可有六种选择；输出码制为准二进制码(COB，CSB码)，易于转换；可采用串、并行输出。
(1)模拟输入电压信号范围可编程。不同输入要求下，管脚连接情况如表1所示。
表1 AD1376不同输入电压范围管脚连接图
输入
电压范围 | 输出码制 | 模拟信号
输入端 | 26脚
接线 | 24脚
接线 |
| -10V～+10V | 二进制补码 | 24 | 27 | 模拟输入 |
| -5V～+5V | 二进制补码 | 25 | 27 | 悬空 |
| -2.5V～+2.5V | 二进制补码 | 25 | 22 | 27 |
| 0V～+5V | 二进制码 | 25 | 22 | 27 |
| 0V～+10V | 二进制码 | 25 | 22 | 悬空 |
| 0V～+20V | 二进制码 | 24 | 22 | 模拟输入 |
|
(2)具有零位调整、增益调整、转换速度调整、双极性偏移调整功能，调整灵活方便。
2 信号采集电路设计
对动力调谐陀螺仪的漂移测试，所获得的数据是X、Y轴力反馈线路中精密采样电阻上的电压，因此有多点电压信号需要分时采集。为了配合高精度、高速度的十六位A/D转换器芯片，测量装置中同时选用了高速多路选择器和高性能采样保持器。
2.1 通道的选择与采样/保持电路设计
MX-826MC是美国DATEL公司生产的高精度、高速度的八选一多路选择器。MX-826MC内部具有瞬时短路保护功能，输入电压范围为±10V；其开关时间不大于50ns，在400ns的开关速度下，输入电压误差小于0.003%。AD346是美国Analog Devices公司生产的高速采样/保持放大器。它具有内置采/保电容和补偿网络、快速的捕捉时间(2μs to0.001%)、低下降速率0.5mV/ms、低孔径抖动时间(400ps)、低漂移和输入失调电压等特点，输入电压范围为±10V。MX-826MC和AD346两者配合足以满足AD1376转换精度需要，电路连接如图1所示，图中XCO1、XCO2，YCO1、YCO2为X、Y轴采样电阻两端电压信号；AGND为模拟地信号，用于进行误差补偿。多路开关选择端由8031单片机P1口的P1.3，P1.4，P1.5控制。采样/保持器的控制电平来自A/D转换的状态信号，当S/![gs12-1.gif (111 bytes)]() =“1”——采样，S/![gs12-1.gif (111 bytes)]() =“0”——保持，电位器W1用于对AD346进行零位调整。 ![12-1.gif (8286 bytes)]()
图1 多路选择器和采样保持电路 2.2 AD1376与单片机接口电路设计
AD1376与CPU的接口电路如图2所示，限于篇幅图中略去了8031单片机、74LS373地址锁存器、74LS138地址译码器等芯片的连接。 |
![12-2.gif (13373 bytes)]()
| 图2 AD1376外围电路及与单片机接口连接图 (1)启动转换端CONVRT(Pin31)由单片机的P1.7控制，下降沿启动转换。状态输出端STATUS(Pin18)，一方面，经一反相器接至采样/保持器的控制端，另一方面接至P1.2由单片机进行查询，实现8031CPU对A/D转换的控制。
(2)设计中使用±5V输入，由表1查知接线方法：模拟信号输入端接25脚，26与27脚相连，24脚悬空。其零位调整端COMPIN(Pin27)，增益调整端OFFADJ(Pin29)，转换速度调整端CLKCTL(Pin23)，双极性偏移调整端BIPADJ(Pin26)外接电路如图3所示。
(3)AD1376的并行数据输出端(引脚Pin1～16)，虽然具有数据锁存功能，但无三态驱动电路。为与单片机数据总线相连接，需接外部锁存器，图中采用两片高速器件74HC244实现数据锁存。
4)8031单片机CPU的读信号RD和经74HC138译码器输出的片选信号Y6、Y7共同控制锁存器的工作状态，有利于8031CPU正确读取A/D转换结果的高八位和低八位数据。
(5)对模拟地AGND(Pin22)和数字地DGND(Pin19)，要通过外部连接，并以一点连接为最好，以利于提高A/D转换的精度和可靠性，减少干扰。 3 AD1376外围电路调试
A/D调试主要有零位调整、增益调整以及转换速度调整(调整电路如图3)。在AD1376连接中采用-5V～+5V模拟输入，偏移二进制码输出，十六位精度的一位变化量对应模拟输入分辨量153μV。调试过程如下： |
![12-3.gif (3121 bytes)]()
| 图3 AD1376的调整电路图 (1)零位调整：用精密电压源将输入电压精确到-4.999847V，调节电位器W2，直到输出的二进制码值在00…00与00…01之间跳动。此时，将其模拟地作为输入时，观察输出二进制码值是否在10…00到10…01之间变动。
(2)增益调整：将输入模拟量精确到+4.999847V，调节电位器W3直到输出的二进制码值在11…10到11…11之间跳变。此时其模拟地AGND端作为输入时，其输出二进制码应在01…10到01…11之间跳变。重复上面两个过程，直到在模拟地作为输入时，输出为0111…11。
(3)转换速度调整：当Pin23控制电压增大时，A/D转换时间变短，如23脚电压从+5V变到0V时，转换频率从14MHz变到1040kHz。但随着控制电压的增大，虽然转换时间变短，但精度变差。为了兼顾速度和转换精度，将Pin23端电压调整为4.5V左右。
(4)在调试过程中，用示波器观察AD1376状态输出端STATUS(Pin18)的电压跳变情况，以保证其对采样/保持放大器的控制，并便于软件查询，读取转换结果。
在TCB-1型“陀螺漂移测试系统”中，我们选用了高性能的多路选择器MX－826MC、采样保持器AD346和A/D转换器AD1376，三者配合，实现了高精度的数据采集，达到了预期的目的。 作者单位：马云峰 汪吉鹏 唐述宏 山东潍坊高等专科学校 261041
马海峰 昌潍师专物理系 潍坊 261041 参考文献
1 Analog Devices Data-Acquisition Data-book Volume Ⅱ.Integrated Circuit.
2 Linear Supplement Databook.National Semi-conductor Corp.
3 何立民.单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，1990.1. |
