摘要:介绍了AD7799芯片的结构和原理，并给出了由AD7799、Rabbit200O和T型热电偶构成的温度采集系统的组成、硬件单元结构和软件流程。系统测量通道易于扩充，可以方便地进行多路高精度温度测量。
1引言
AD7799是美国模拟器件公司(AnalogDevices)的一款新型、高精度、宽动态范围、△一E型3通道24位ADC，适用于低频、高精度工业级转铡[1]。该器件具有完整的模拟前端，可以直接测量传感器输出的直流微弱信号，转换精度达到24位无误码，采用三线串行口与微控制器或D6P系统联接，通过软件编程可由引增益、信号极性、输人通道做出设置。该芯片具有自校准、系统校准和背景校准功能，可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响。
2AD7799的主要特点、内部结构原理及寄存器功能
2.1主要特点
AD7799通过SPI接口与外界进行信息交换，具有21位有效分辨率，工作电压范围为2.7V一5.25V。该器件可以通过选择内部缓冲来提高阻抗，并可提供全量程电压5叽的偏差校正。它的主要特点如下:
·极低的RMS在噪声，在SHZ转换率仅27nV，在20HZ时仅65nV，
·低功耗，典型为3(X)uA.内置l一128增益的低噪声可编程仪表放大器.
·内置时钟振荡器，省去了外接晶振.
·低非线性度:0.0015%.
·内设自校准电路.
·带有SPI数据接口，可以方便地与DSP或者MCU连接.
·50Hz和60Hz同步陷波，消除50Hz和印Hz电源干扰.
·可配置3个差分输人通道.
·21位有效分辨率(PGA=l)，19BITS(PGA=128)。
2.2内部结构原理
图(1)所示为AD7799的内部结构.AD”99内部主要由模拟多路开关(MUX)、输人缓冲器(BUF)、可编程增益放大器(PGA)、一体化△一艺调制器、可编程数字滤波器、9个状态/控制寄存器、串行SPI接口、以及时钟发生器等组成。其中，输入多路选择器(MUX)主要用来提供3路模拟输入差分组合。输人缓冲器(BUF)用于在信号通路中隔离开关电容器阵列与外部电路。在没有输入缓冲器时，AD7799的输人阻抗为SM。，当使用AD7799内部缓冲器时，其输人电压的波动减小，输人电流增大。其内部输人缓冲器是通过内部CON寄存器的BUF位控制的。AD7799内部的可编程增益放大器(PGA)的放大倍数可以通过CON寄存器的G0一GZ位设定为l到128，增益步长为2。通过数字滤波器可提高ADC的转换精度和分辨率。数字滤波有一定的建立时间。AD7799建立时间TS曰叮LE由MR寄存器的FS()一FS3位设置的，建立时间最短滤波精度也最低，建立时间最长滤波精度也越高。AD7799采用外部参考电压，外部参考电压是差动输人，输人范围为O一AVDD。AD7799采用四线制(时钟信号线SCLK、数据输人线DIN、数据输出线IX)UT以及片选线/CS)SPI通讯方式。SPI的最大通信时钟可达SMHZ。AD7799只能工作在SPI通讯的从模式下.可通过各种主控制器(如单片机等)给它发送同步传送命令。
在SPI传送过程中，数据被同步地发送和接收，5CLK和DIN)OUT同步移动。图(2)所示是SPI通讯时序关系。AD7799使用 9个寄存器来直接控制AD7799的工作过程，而且其中有7个寄存器可以被直接读写。实际上，这些寄存器包括了所有用来配置AD7799的部分，比如数据格式、通道选择、增益设置等，整个器件工作过程的建立可通过对7个独立的寄存器的设置来完成【1】。
2.3主要寄存器功能
在AD7799的9个寄存器中有3种寄存器是最主要的，表(1)为这3种寄存器的操作格式。
(l)通信寄存器(ComrnuNIcationRegistr)地址为OOH，复位值为的H，在上电和复位之后，器件等待对其通信寄存器的写操作。写至寄存器的数据决定对哪一个寄存器发生读还是写的操作，随后很织寸所选择的寄存器进行操作(一般数据寄存器不进行写操作)。一旦完成后续的对所选择寄存器的操作后，接口便返回到等待对通信寄存器写操作的状态。因此，所有与器件的通信必须从对通信寄存器的写操作开始。该寄存器的格式详见表l，其中WEN(0)必须把0写入该位，否则对通信寄存器写将无效.RS2~RSO为寄存器选择位，RSZRSIRSO从000至111分别对应通信寄存器，模式寄存器，滤波器高寄存器，滤波器低寄存器，测试寄存器，数据寄存器，零刻度校准寄存器，满刻度校准寄存器。
(2)模式寄存器(ModeRegister)地址为01H，复位值为01H，模式寄存器是一个可读写的16位寄存器，用来选择器件的运行模式、更新速率等。表l中MDZ一M刀旧是运行模式选择 位，叮城缺省模式)连续转换模式，的l单次转换模式，010空闲模式，011停机模式，l的内部零刻度校准模式，101内部满刻度校准模式，110系统零刻度校准模式，111系统满刻度校准模式.PSW是功率开关控制位，当此位置l时器件的PSW管脚和GND导通.可以允许30MA的电流通过.FS3一FSO是转换速率控制位。
(3)配置寄存器(CO可地，rationR匆Ster)地址为02H，复位值为0710H，配置寄存器是一个可读写的16位寄存器。表1中BO位是Burnout电流使能位，置l时1〕阮IA的电流源在信号通道被使能;U/B位是单极和双极控制位，置l时使能单极转换代码，零差分输人是对应代码为00O0H，满刻度输入时对应代码为FFFFH，当设为0时使能双极转换代码，负满刻度输人时对应转换代码为0000H，零刻度输人时对应代码为8000H;G2一G0用于可编程增益放大倍数的选择，具体为:000=l，001=2，010=4，011=8，…111=128.BUF用于选择缓冲，为O表示未使用内部缓冲，为l表示使用内部缓冲.CHZ一CHO用于通道的选择000对应AlNl(+)AINI(一)，001对应AlN2(+)一AINZ(一)，011对应AIN3(+)AIN3(一)[1]。
3AD7799在温度测量中应用
AD7799只需要极少的外部元件便可以构成一个高精度的温度测t系统，利用SPI串行接口可以和280、68HCll、sxC51等各种微处理器连接。本文根据笔者的实际应用，介绍AD7799与RABBITZ(XX)单片机连接，组成一个温度测量系统。
3.1系统组成
系统由单片机Rabbit2000、A/D转换器AD7799、T型热电偶PT100热电阻构成的冷端补偿等构成。其系统框架参见图(3)。
T型热电偶由于温度变化产生的电动势和PTI(X片白电阻产生电阻变化在激励电流源产生电压值，直接输人A/D转换器AD7799变成数字量，通过SPI接口被送到单片机Rabbit2000。单片机根据T型热电偶分度表和冷端温度数据，计算出测量的实际温度值。为了避免数字信号对A/D转换的影响，SPI总线隔离采用AD公司推出的新型四通道(3人l出)数字隔离器ADuM1401，并采用电源隔离模块供电，电路如图(4)所示。
AD7799工作电源有模拟电源(AVDD)和数字电源(DVDD)之分，不需要特定的加电顺序。安装AD7799的印刷线路板，应将模拟和数字部分隔开，限制在特定的区域内。模拟电源(AVDD)和数字电源(DVDD)的地都接到GND上，一点接地，尽量靠近AD7799的位置。另外，应将模拟地布置在器件的下面，而不要将数字地布置在下面，地线和电源线尽可能粗些。在模拟电源(AVDD)和数字电源(DVDD)与GND和数字地(DGND)之间应分别接一组由1ouF担电容和0.luF电容组成去祸电容组。
3.2编程要点及软件流程
AD7799具有九个片内寄存器，通免口寸片内寄存器的编程，可以实现通道选择、增益选择、滤波频率选择、转换周期选择、自动校准和AD转换等功能。对AD7799的任何一种操作，必须首先对通信寄存器写人相应代码，然后才能对其他寄存器读写。在使用SPI通讯时，必须注意单片机和A7799的SCLK的极性.为了得到稳定的转换结果，每次改变通道和发送同步信号前，应先增加一段延时，该延时时间应随AD采样频率和滤波方式的变化而变化。A7799有8位、16位和24位三种寄存器。对于Rabblt2000等8位微处理器来说，16位或24位寄存器数据，需要分2个字节或3个字节进行读写操作。图(5)描述了AD7799温度测量系统的程序流程图。
4结束语
本文介绍的温度测量系统利用AD7799的新功能、新特性，用单片机Rabbit2000进行控制和数据处理，以较少的成本完成了温度的采集。该系统设计简单，抗干扰性强，在温度验证仪上应用后，测温范围从一50℃到300℃，校准后系统精度可达0.25℃，取得了较好的效果。该系统测量通道易于扩充，温度测盆精度高，可广范应用于医疗、制药、食品加工等行业，可以方便地进行多路高精度温度测量。
作者简介:刘砰萍(1979.9一)，女，中国矿业大学信电学院2004级硕士研究生.研究方向:检测技术与自动化装置。
