基于AD7747的高精度电容式压力变送器设计.doc

基于AD7747的高精度电容式压力变送器设计罗育东 吴伯莹 （西仪集团有限责任公司 陕西西安 710082）摘 要美国ADI公司生产的AD7747是一款高分辨率、-电容数字转换器（CDC）,可直接与电容传感器的电容连接进行测量。该器件内置一个片内温度传感器,其分辨率为0.1C,精度为2C；结合TI公司推出的MSP430系列16位单片机，实现了一种高精度，低成本的电容式压力变送器设计方案。关键词 AD7747 ； 压力变送器 0 引言在以往的电容式压力变送器设计中，人们提出了很多电容式传感器的测量方法，无论哪种测量方法，测量电路(包括信号转换电路和信号调理电路)都对寄生电容、灵敏度、信噪比、非线性产生直接的影响，因此，电容式压力传感器的测量方法 。 成为高精度电容式压力变送器设计的关键。本文提出了一种设计高精度电容式压力变送器的新方法。本方法基于美国ADI公司最新推出的内置温度传感器的24位电容数字转换器AD7747，结合TI公司推出的MSP430系列16位单片机，实现了一种高精度，低成本的电容式压力变送器设计方案。1 AD7747芯片简述AD7747是一款高分辨率、-电容数字转换器（CDC）,可直接与电容传感器的电容连接进行测量。该芯片还具有高分辨率（24位无失码、最高19.5位有效分辨率）、高线性度（0.01%）和高精度（10 fF工厂校准）等固有特性。AD7747的电容输入范围是8 pF（可变）,而且可接受最大17 pF共模电容（不可变）,后者可以通过一个可编程片内数字电容转换器（CAPDAC）来平衡。该器件内置一个片内温度传感器,其分辨率为0.1C,精度为2C；还集成片内基准电压源和片内时钟发生器,因此在电容传感器应用中无需任何额外外部元件。2 设计方案分析在以往的电容式压力变送器设计中，测量压力由电容式敏感组件转换为电容变量。传感器电容模拟变量信号经调理电路转换为电平信号，再经A/D器转换成数字量后送入单片机,单片机将处理后的数字量通过D/A转换器,经V/I转换电路输出420mA标准电流信号（图1）。微控制器AD转换电压电容 图1 以往的模数转换流程本方案采用AD7747直接将传感器的电容变化量转换为数字量后送入单片机（图2），与以往方案相比，减少了模拟量向数字量转换的环节，使整个转换系统的累积误差减小到最小。电容AD7747微控制器 图2 采用AD7747的模数转换流程3 系统硬件组成硬件组成框图如图3所示。MCU选择TI公司的16为超低功耗微处理器MSP430F149。测量压力由电容式压力传感器转换为电容变量，经AD7747直接转换为数字信号送往微处理器，经过运算修正的数字信号再经D/A转换成420mADC输出信号送往显示/调节仪表或DCS装置。通信线路将来自微处理器的测量压力数字信号转换成频率信号并叠加于420mADC模拟信号上，由相应的HART终端设备接收。EEPROM传感器AD7747MSP430F149420mAHART 图3 电容式压力变送器原理图4 软件设计 整个系统软件包括如下几个模块：（1）系统初始化包括液晶显示器、AD7747、DA转换器的初始化；（2）压力、温度数据采集；（3）压力传感器零点校准，非线性补偿；（4）DA数据输出；（5）压力显示模块。软件流程图如图4所示。程序初始化 读取校正参数 采集压力以及温度数据线性及温度校正420mA输出计算电流数值结束 图4 软件流程图5 结论 由于本设计使用了AD7747，其24位的分辨率使得采样精度大幅提高，而直接对电容的测量又使整个采样电路环节得以简化。以上两大特点使设计高