系统中的实际应用 - 基于AD7714的高精度隔离数据采集系统

　　2 系统中的实际应用

　　2.1 AD7714外围接口配置

　　POL时钟极性。输入低电平时，数据传送操作中串行时钟的第1个跳变是从低电平至高电平。输入高电平时，数据传送操作中串行时钟的第1个跳变是从高电平至低电平。

　　RESET逻辑输入端。低电平有效输入，它把器件的控制逻辑、接口逻辑、数字滤波器以及模拟调制器复位到上电状态。本系统是通过在DIN输入端写入一系列的1来进行软件复位，使AD7714返回到等待对通信寄存器进行写操作的状态。

　　用软件进行复位需要注意两点：一是AD7714的DIN线写逻辑1至少达32个串行时钟周期；二是写到任何寄存器的信息是未知的，因而要再次设置所有的寄存器。

　　CS芯片选择。用于选择AD7714的低电平有效逻辑输入端。当此输入端由硬件连线设置为低电平时，AD7714工作在其3线接口模式。

　　SYNCL逻辑输入端。当使用多个AD7714时，它用于数字滤波器和模拟调制器的同步。

　　2.2 AD7714与MCU的接口

　　AD7714与MCU之间的接口关系如图3所示，图3中给出了输入和输出的电路转换。为了能够获得稳定的数据，AD7714与MCU之间加入光隔离器。光隔离器件采用的是隔离电压高、速度快、共模抑制性强的6N137。由于6N137的速度快，编程中不需要进行适当的延时就能满足光隔离器的电平建立时间。试验表明通过光隔离器，获得的稳定数据能够增加3～4位（二进制位）。

　　AD7714的CS接地，使AD7714始终工作在SPI接口模式。对每个接口模块的控制是通过74LSl25的三态允许端来实现的。对其中一个SPI接口操作时，使其74LSl25处于选通状态，而其他SPI接口的74LSl25处于高阻状态。这样可实现微处理器单独对一个接口进行操作，而不影响其他接口。CPU通过对三态缓冲器74LSl25控制，可实现多个接口共用相同的数据线。图3中的DA-CS是控制具有SPI总线的D／A转换器芯片。

　　6N137外部元件电阻根据自己的实际情况来选取，即不宜过大也不宜过小。为了增加稳定性，最好在电阻的两端并上电解电容。

　　

　　2.3基准电压源AD780

　　高精度参考电压源AD780为AD7714提供基准电压。其基本特性：通过8脚的悬空或接地，可实现2．5 V或3．0 V的输出；输出电压范围在2．5 V±1 mV或3．0 v±l mV；输入电压范围可从4～36 V来实现2．5 V或3．0V的输出。

　　在使用AD780作基准电压源时，其周围的电容一定要按照图4上所给的进行配置，否则，输出的精度会下降很多。特别要注意AD780输出端和地的100μF电容，试验表明这个电容可以使系统的精度提高2～3位（二进制位）。

　　

　　2.4 AD7714的模拟前端

　　在模拟前端所要测量的电流和电压很多，并且变化范围很大。为了能够提高测量精度，必须根据电压和电流的大小来设计合理的电压表和电流表。在图5中，通过合理的选取R1和R2的阻值以及使其短路或开路，来实现电压表和电流表。

　　设计电流表时，将R1短路，选取相应的R2电阻，R2的电阻是通过AD7714最大输入电压以及所要测量的最大电流来计算的。设计电压表时，如果测量的电压在AD7714输入电压范围内，将Rl短路，R2开路直接测量；如果测量的电压超过AD7714输入电压的范围，合理的选取R1和R2阻值分压，来满足测量的要求。

　　AD7714的输人通道由AIN（+）和AIN（一）成对排列，AIN（+）输入端上单极性和双极性信号作为基准的电压是各自AIN（一）输入端上的电压。例如，如果开关SW在图5中的位置，即AIN（+）接入AD780输出电压+2．5 V，AD7714配置为单极性，若设定增益为2，那么AIN（+）输入电压范围为+2．5～+3．75 V。如果在相同的配置下，改为双极性，那么AIN（+）输入电压范围为+1．25～+3．75 V（即2．5士1．25 V）。如果通过SW开关使其AIN（一）为AGND，那么器件不能配置为超过±30 mV的双极性范围。

　　

　　如果外部电压和电流有很大干扰，测量的精度就会受到很大影响。在AD7714的每个模拟输入端都加上一个对地电容（如图5中C1和C2），通过实验表明对其精度有很大提高。电容的选取要根据自己的转换速率以及外部的干扰来选取。

　　2.5 LDC5-24S5电源模块

　　外部所能提供的电源是27 V，由于电源稳定性差以及来自外部的干扰会影响系统的正常工作，同时笔者所需的电源工作电压为单+5 V。因此，选用了LDC5-24S5直流一直流开关电源模块，其输入电压范围为18～36 V直流电压，输出为单+5 V。该电源模块有很好的DC-DC隔离作用，输出电压很稳定，用它可直接作为AD7714的电源，从而简化了整个电路。