芯片资料元器件样本专辑 116册ADS7871VIP

1 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 AADDS S7 78 87 70 0 12 位位52KSPS 采样速率的数据采集系统 带有模数转换器 采样速率的数据采集系统 带有模数转换器多路复用器多路复用器可编程增益放大器与基准电压 特点 可编程增益放大器与基准电压 特点 ? 可编程增益12458101620V/V ? 可编程输入4 路差分/8 路单端输入通道或 其它组合 ? 15V2.048V 或2.5V 内部基准电压 ? 兼容SPI/DSP的串行接口20MHz ? 采样速率 52KSPS ? 错误过载指示 ? 可编程输出二进制补码/二进制 ? 2.7V5.5V 单电源工作电压 ? 4位数字串行I/O接口 ? 引脚可与ADS7871兼容 ? SSOP-28 封装 应用领域应用领域 ? 便携式电池供电系统 ? 低功耗仪器仪表 ? 低功耗控制系统 ? 智能传感器 描述描述 ADS7870美国专利号61408726060874是低功耗单片式的数据采集系统它含有4 路差分/8 路 单端输入的多路复用器精密可编程增益放大器12 位逐次求近的模数转换器以及精密电压基准 可编程增益放大器可提供高输入阻抗出色的增益精度良好的共模抑制功能和低噪声 对许多低电平信号在信号源与A/D输入端之间不需要进行外部放大或阻抗缓冲 可编程增益放大器的偏移电压可自动归零12458101620V/V的增益选择使信号可低 至125mV以实现全标度数字输出 ADS7870含有一个内部电压基准通过对该电压基准进行微调可以获得高初始精度与稳定性与温 度有关温漂的典型值为10ppm/在多个ADS7870共用一个基准电压时也可以使用外部基准 可使用SPITMQSPITMMicrowireTM和遵循8051系列协议的串行接口无需胶合逻辑 2 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 注意 该集成电路会受静电放电损害德州仪器公司建议对所有的集成电路产品进行适当的预防措施处 理与安装过程不当都会对器件造成损害 静电放电造成的损害可以是细微的性能降级也可能是对整个器件的损害精密的集成电路对这种损 害更敏感因为极小的参数变动都会使器件无法达到规定的参数要求 产品规格产品规格 对于整个系统 1 40TA85VDD=5VBUFIN=2.5V使用外部电压基准时2.5MHz CCLK 以及 2.5MHz SCLK除非另有说明 1 整个系统的规格是整个模拟输入到数字输出的规格内部功能的规格则指 ADS7870 各项功能的实 现情况 2 ADS7870 对可编程增益放大器与 A/D 转换器使用开关电容技术这些电路的特点之一是在转换周 期期间所选择的任何 LNx 脚的输入电容会发生变化 3 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 3 一个通道接通其输入端接地其它的所有通道关断对其输入端加正弦波电压 4 在输入源被配置并且电压基准的变化导致输入电压产生相应的变化时进行比例式配置在应用 理想的外部电压基准时应采用相同的精度 5 CCLK 除以 DF 值DF 值由寄存 3A/D 控制寄存器的内容以及产生 DCLK 的 D0 与 D1 位规定 DCLK 的最大值为 2.5MHz 产品规格产品规格 对于整个系统 1 40TA85VDD=5VBUFIN=2.5V使用外部电压基准时2.5MHz CCLK 以及 2.5MHz SCLK除非另有说明 1 整个系统的规格是整个模拟输入到数字输出的规格内部功能的规格则指 ADS7870 各项功能的实 现情况 4 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 2 REF 与 BUF 各产生 190mA 与 150mA950mW 与 750mW的电流在初始上电期间REF 与 BUF 功能的缺省条件被关断它们可以通过软件控制来接通即对寄存器 7REF/振荡器控制寄存 器的 D3 与 D2 位写 1 3 在 VDD3VVref=2.5V 时不可用 产品规格产品规格 对于内部功能 1 40TA85VDD=5VBUFIN=2.5V使用外部电压基准时2.5MHz CCLK 以及 2.5MHz SCLK除非另有说明 1 整个系统的规格是整个模拟输入到数字输出的规格内部功能的规格则指 ADS7870 各项功能的实 现情况 2 ADS7870 对可编程增益放大器与 A/D 转换器使用开关电容技术这些电路的特点之一是在转换周 5 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 期期间所选择的任何 LNx 脚的输入电容会发生变化 订购信息订购信息 极限参数极限参数 在自然通风工作温度范围内除非另有说明 1 单 位 电源电压VDD 5.5V 瞬时 100mA 输入电流 持续 10mA 模拟输入 输入电压VDD+0.5V 到 GND0.5V 自然通风工作温度范围TA40到 85 贮存温度范围Tstg65到 150 结温TJ最大值150 引线温度焊接10 秒300 1强度超出所列的极限参数可能导致器件的永久性损坏这些仅仅是极限参数并不意味着在极限条 件下或在任何其它超出推荐工作条件所示参数的情况下器件能有效工作延长在极限参数条件下的工作 时间会影响器件的可靠性 引脚配置引脚配置 引脚排列图引脚排列图 SSOP-28 封装 顶视图 6 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 引脚功能引脚功能 引 脚 编号 名称 I/O描 述 1-8 LN0LN7 AI 多路复用器的输入通道 07 9 RESET DI 主机复位所有的寄存器归零 10 RISE/FALL DI 设置 SCLK 的有效沿0 将 SCLK 设置为在下降沿时有效1 将 SCLK 设置为在上升沿时有效 1114 I/O0I/O3 DIO 数字输入或输出信号 15 NC 无连接该引脚不连接它有一个细微的下拉 16 CONVERTDI 0 到 1 的转变启动一个转换周期 17 BUSYDO 1 表示转换器忙 18 OSC ENABLEDI 0 将 CCLK 设置为输入端1 将 CCLK 设置为输出端并使振 荡器接通 19 CCLKDIO 若 OSC ENABLE=1则内部振荡器对该输出若 OSC ENABLE=0该脚则是外部转换时钟的输入脚 20 SCLKDI 串行数据输入/输出转换时钟由 RISE/FALL脚设置有效沿 若 RISE/FALL为低电平SCLK 则在下降沿有效 21 DINDIO 串行数据输出当CS为低电平时该脚被驱动当CS为 高电平时该脚处于高阻抗该引脚在 3 线与 2 线模式中一 样工作 22 DOUTDO 串行数据输出当CS为低电平时该脚被驱动当CS为 高电平时该脚处于高阻抗该引脚在 3 线与 2 线模式中一 样工作 23 CS DI 片选脚当CS为低电平时串行接口被使能当CS为高 电平时串行接口被禁止DOUT 脚处于高阻抗DIN 脚则 为输入脚CS只影响串行接口的运作而不直接使能/禁止 信号转换过程的进行 24 VDD 电源电压2.7V 至 5.5V 25 GND 电源接地 26 VREFAO 2.048V 至 2.5V 片内电压基准 27 BUFINAI 基准缓冲放大器的输入端 28 BUFOUT/REFINAIO 基准缓冲放大器的输出端与 ADC 的基准输入端 7 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 典型性能曲线图典型性能曲线图* 增益误差与自然通风温度的关系 输出偏移误差与自然通风温度的关系 图 1 图 2 基准电压误差与自然通风温度的关系 内部振荡器频率与自然通风温度的关系 图 3 图 4 * 在 TA=25VDD=5V VREF=2.5V 并被接至 BUFIN 脚 使用内部基准电压CCLK 为 2.5MHz SCLK 为 2.5MHz 时除非另有说明 8 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 输出偏移误差与共模电压的关系 输出偏移误差与电源电压的关系 图 5 图 6 静态电流与采样率的关系 峰峰值输出噪声与增益的关系 图 7 图 8 9 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 输入偏置电流与输入电压的关系 图 9 积分线性误差 图 10 微分线性误差 图 11 10 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 概述概述 ADS7870 是一个完整的数据采集器件由一个输入模拟多路复用器MUX一个可编程增益放大 器PGA与一个模拟数字转换器A/D组成还包括四路数字输入/输出I/O通道附加电路还可 提供支持功能包括转换时钟电压基准以及用于控制与数据检索的串行接口 ADS7870 的控制与配置由通过串行端口写入内部寄存器的命令字节执行命令寄存器对器件的控制 包括选择多路复用器的通道确定可编程增益放大器的增益模数转换器转换的开始命令以及对 I/O 通道 的控制命令寄存器对器件的配置包括设置内部电压基准与对振荡器的控制 通过相应引脚上的数字输入可以激活工作模式 激活所选择的功能 可选择的引脚配置选项包括 SCLK 有效沿的选择主机复位与内部振荡器的时钟使能 ADS7870 有 8 个模拟信号输入脚LN0 到 LN7这些引脚被连接到模拟开关组成的网络系统多 路复用器这些输入端也可以配置成 8 个单端或 4 个差分输入通道或者是其它组合 四个通用数字 I/O 引脚I/O3 到 I/O0可以设置成独立的数字输入端或数字输出端这四个引脚使 用户可以通过串行接口访问四个数字 I/O 脚不需要接额外线路到主控制器 可编程增益放大器PGA的增益可以是 124581016 与 20V/V ADS7870 中的 12 位模数转换器是逐次求近转换器转换器的默认输出格式是二进制补码格式可以 通过多种方式来读取由程序配置决定 ADS7870 的内部电压基准可以针对 1.15V2.048V 或 2.5V 的输出电压来进行软件配置基准电压可 以调节成高初始精度与低温漂还有一个独立的缓冲放大器用于对高阻抗的 VREF 输出进行缓冲 电压基准可编程增益放大器与模数转换器可应用转换时钟CCLK及其发出的信号CCLK 既可 以是输入也可以是输出信号ADS7870 可以在 CCLK 信号应用到模数转换器与可编程增益放大器之前 使其除以一个常量这样就可以用一个更高频率的系统时钟来控制模数转换器的工作除法因数DF 可以是 1 2 4 和 8 实际应用于可编程增益放大器与模数转换器的信号是 DCLK 此处 DCLK=CCLK/DF ADS7870 的设计使其串行接口可以方便地与诸多微控制器一起使用它有四个通用串行接口引脚 SCLK串行数据时钟DOUT串行数据输出DIN串行数据输入在有些应用中该引脚可以设 置成双向引脚以及CS片选功能 ADS7870 有用户可访问的 10 个内部寄存器用于正常工作中对器件进行配置和控制对这些寄存器 的综述见图 15 功能描述功能描述 多路复用器多路复用器 ADS7870 有 8 个模拟信号输入脚LN0 到 LN7这些引脚被连接到模拟开关组成的网络见方框 图中的多路复用器功能块这些开关由增益/多路复用器寄存器中的 4 位控制 LN0 至 LN7 可以被配置成 8 个单端输入通道或 4 个差分输入通道或者是其它组合一些多路复用 器的组合实例如图 20 所示这些输入脚的差分极性可以通过多路复用器地址中的 M2 位来改变这一特 点可以使转换结果变成相反的极性而不必真正使 ADS7870 的输入通道转换成相反极性 LN0 到 LN7 输入脚与片内首批有源元件一样也带有 ESD 保护电路这些连接到 VDD 与 GND 的保 护功能二极管在正常工作下保持反向偏置如果预计输入电压将超出极限电压范围则必须加置与输入 端串行的电阻来将电流限制在 10mA 或更低 转换时钟转换时钟 转换时钟CCLK及其发出的信号被用于电压基准可编程增益放大器与模数转换器CCLK 引脚 可以设置成输入或输出脚例如一个 ADS7870 可以设置成转换时钟主机CCLK 脚为输出端而其 它的 ADS7870 则可以用作从机它们的 CCLK 脚为输入端默认这样可以减少多个时钟与其它系统 噪声造成的模数转换误差 11 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 当 OSC ENABLE 引脚为低或者为 0 时CCLK 引脚为输入端ADS7870 则要依赖一个外加的时钟来 执行转换过程在 OSC ENABLE 引脚为高或者寄存器 7 中的 OSCE 位 D4 被置 1 时内部振荡器与内部 缓冲器被使能使引脚 19 变成输出脚不论通过哪种途径只要在内部检测到该脚上的 CCLK则所有 的 ADS7870 都经历相同的时钟延时与 ADS7870 的电源电流相比CCLK 脚上的电容负载可以吸收大 量电流Iload=fCCLKVDDCload 内部电压基准需要持续的时钟可由系统时钟的内部振荡器单独提供系统时钟驱动 CCLK 引脚 将 OSCR寄存器 7 的 D5 位与 REFE寄存器 7 的 D3 位都置 1 可以实现此操作图 12 显示出了所 有这些关系 ADS7870 采用节电技术在需要时接通与关断对可编程增益放大器和模数转换器的偏置这种技术不 用于振荡器电压基准与缓冲器它们在被使能以后持续运行被禁止时缓冲器的输出端处于高阻抗 状态因此对于低功率数据登录系统而言在缓冲器关断时滤波电容器不放电而且在接通时也不需 要很长的稳定时间 串行接口时钟独立于转换时钟并且可以比转换时钟快或慢如果希望系统时钟比 ADS7870 采用的 2.5MHz 的正常频率更快则可以通过设置寄存器 3 中的对应位使串行接口时钟的频率被分频成较小的值 1/21/41/8这一时钟分频器也用于外部与内部时钟以产生用于可编程增益放大器与模数转换周 期的内部 DCLK 信号 ADS7870 有最高与最低 DCLK 频率限制DCLK=CCLK/DF最高 DCLK 是 2.5MHz用于可编程 增益放大器电压基准和模数转换器的最低 DCLK 频率是 100kHz 图 12 方框图带内部与外部时钟和电压基准 基准电压与缓冲放大器基准电压与缓冲放大器 ADS7870 采用专利开关电容作为带隙电压基准该电路带有针对漂移的曲率校正功能还可以根据 1.15V2.048V 或 2.5V默认的输出电压进行软件配置内部基准电压输出VREF不用于驱动典型 负载必须用一个独立的缓冲放大器来提供负载电流 内部基准缓冲器REFBUF也可提供几十毫安的电流来对连接到其输出端的滤波电容充电但是该 电容仅能吸收典型值为 200A 的电流只要 REFIN 脚上有有效噪声一个接地的电阻250就可 12 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 以增强缓冲器从正向噪声脉冲恢复的能力这当然是需要消耗一定功率的 片内基准电压的温度补偿可用电路中的基准缓冲器调节这种配置对性能有所规定 可编程增益放大器可编程增益放大器 可编程增益放大器PGA的增益可以是 124581016 与 20V/V可编程增益放大器是 一个单电源供电轨至轨输入自动归零基于电容的仪表放大器PGA 的增益由寄存 4 中的 G2 位G0 位设置 当 PGA 的输出端被驱动以进行削波或进行非线性操作时检测功能由输出数据寄存器 0的最低 有效位提供该位被置 1结果是故障监控比较器进行逻辑或运算的结果该比较器在 ADS7870 内 部对 PGA 的输出进行监控PGA 的输入也被监控因为由于交流共模或低电源操作以及与 OVL 位线 或会导致许多问题读寄存器 2 可以确定转换期间出现在的是什么故障OVL 位也助于进行快速测 试适合于自动测距应用并告知系统控制器应该尝试降低 PGA 增益 模数转换器模数转换器 ADS7870 的 12 位模数转换器是一个逐次求近型转换器转换器的输出为二进制补码格式并且可以 通过串行接口来读取最高有效位先行或最低有效位先行输出代码与输入电压的关系如图 13 所示 在输入多路复用器配置成差分输入时模数转换函数是 2048代码2047适用于Vref/GVIN (Vref1LSB)/G 1 在输入多路复用器配置成单端输入时模数转换函数是 0代码2047适用于 0VIN (Vref1LSB)/G 2 图 13 输出代码与输入电压的关系 13 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 转换周期转换周期 转换周期需要 48 个 DCLK分频时钟DCLK=CCLK/DFPGA 的工作则需要 36 个 DCLK获取 输入信号使 PGA 自动归零电平位移以及放大输入信号此周期的持续时间可确保增益=20电源阻 抗等于或小于 2k或者是小于 20 时有足够的稳定时间SAR 转换器则占据剩余的 12 个 DCLK 为达到最高采样率在该周期中输入命令与输出数据必须通信尽管在实现最佳性能时不推荐这样 做 在转换周期期间 所选择的多路复用器输入端上的内部电容负载在 6pF与 9.7pF之间变化 在 ADS7870 没有进行转换操作时多路复用器输入端的额定负载电容为 4pF 输入端的电源阻抗导致DCLK转换时的电压随着内部电容的接通与断开而变化 差分输入端之间 10nF 至 100nF 的电容有助于滤除这些假信号干扰并且可以作为一个去假频滤波器与电源阻抗一起工作 大于 2k 的电源阻抗需要更长的稳定时间这样 CCLK 也应相应地降低 为使功耗最小化对每项功能的偏置应该接通可以被调整并且只在每次转换要求的持续时间内运 行低速率数据登录应用系统可以通过按要求使用内部振荡器而不需驱动一个慢速系统时钟来利用这一 特点 启动一个模数转换周期启动一个模数转换周期 有四种方法可以使 ADS7870 进行一轮转换 1 发送一个直接模式指令 2 对寄存器 4 进行写操作CNV 位=1 3 对寄存器 5 进行写操作CNV 位=1 4 指定 CONVERT 引脚逻辑高电平在 CCLK 的第二个有效沿开始一个新的转换周期 串行接口串行接口 ADS7870 可以通过数字串行接口与微处理器以及其它外部电路通信它可以与一系列常用微控制器 和数字信号处理器DSP兼容包括 TI 的 TMS320MSC1210 以及 MSP430 系列产品也支持其它供 应端的产品如 Motorola 的 68HC11Intel 的 80C51MicroChip 的 PIC 系列 串行接口有四个主要引脚SCLK串行位时钟DIN串行数据输入DOUT串行数据输出 以及CS片选SCLK 使数据的传输与 SCLK 下降沿或上升沿上由 RISE/FALL引脚决定传送的 每一位同步SDIN 也可以用作串行数据输出线 其它的附加引脚则可扩展基本串行接口的多功能性使其可以用于不同的微控制器BUSY 引脚表 明当前有一轮转换正在进行可以用来中断微控制器CONVERT 脚则可以用作硬件促使 ADS7870 启 动一个转换周期为使 ADS7870 复位到上电状态可触发RESET引脚 通过串行接口进行的通信取决于微控制器它可以提供一个带有附加数据用于写操作的指令字 节或者提供一个指令字节后面只带有允许 ADS7870 提供数据的附加 SCLK用于读操作还可以提供 一些特殊的工作模式用于减少由于检索转换结果而占用的指令字节 器件的复位RESET转换的启动CONVER以及振荡器的使能OSC ENABLE可以通过外 部引脚的信号或对内部寄存器的输入来进行对以上每条命令的执行实际是一个逻辑或函数只要 引脚或寄存器信号中的一个为真则该项功能被执行CONVERT 引脚的信号是一个边沿触发事件 为了去抖动其保持时间为两个 CCLK 周期 工作模式工作模式 ADS7870 串行接口的工作基于指令字节该指令字节后面跟随由它本身决定的动作这个 8 位的指 令字由时钟输入 DIN 输入端有两种类型的指令字节可以写入 ADS7870由指令字的 D7 位决定见图 14这两个指令代表两种不同的工作模式在直接模式中D7 位=1可启动一次转换而寄存器模式 D7 位=0指令后面则带有对特定寄存器的一次读或写操作 下一轮转换操作列队等待 当前转换完成 14 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 指令字节 转换开始指令字节直接模式 1 位符号名称数值功能 D7 模式选择 1 启动一次转换周期直接模式 D6D4G2G0PGA 的增益选择000 001 010 011 100 101 110 111 PGA 增益=1上电默认条件 PGA 增益=2 PGA 增益=4 PGA 增益=5 PGA 增益=8 PGA 增益=10 PGA 增益=16 PGA 增益=20 D3D0M3M0输入通道选择见图 21确定输入通道选项用于被请求 的转换差分或单端配置 1该字节中较低的 7 位也被写入寄存器 4增益/多路复用器寄存器 读/写指令字节寄存器模式 位符号名称数值功能 D7 模式选择 0 启动一次读/写操作寄存器模式 D6 R/W 读/写选择 0 1 写操作 读操作 D5 16/8 字长 0 1 8 位字 16 位字2 个 8 位字节 D4D0AS4AS0寄存器地址见图 15确定要对其进行读或写操作的寄 存器的地址 图 14 指令字节寻址 直接模式直接模式 在直接模式中通过对 ADS7870 写入一个单独的 8 位指令字节来启动一次转换D7 位置 1写入 直接模式命令可以设置多路复用器的配置选择 PGA 的增益并且启动一次转换周期在接收到该指令的 最后一位以后ADS7870 在所选择的输入通道上进行一次转换PGA 的增益按指令字节的要求设置 在指令字节中 SCLK 的第八个有效沿之后该转换周期在 DCLK 的第二个下降沿开始当这轮转换 完成以后转换结果被存储在模数输出寄存器中并且可由串行接口输出在寄存器模式中这一点可以 通过读操作对器件进行控制来实现 直接模式的指令字节结构如图 14 所示 ? D7该位置 1 表示进行直接模式操作 ? D6 到 D4G2G0这三位控制可编程增益放大器的增益PGA 的增益可以是 1245 81016 与 20编码如图 14 所示 ? D3 到 D0M3M0这几位对决定输入通道选择的开关进行配置输入通道可以配置成差分 15 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 形式也可以配置成单端形式在被配置成差分形式时输入信号的极性是可逆的编码如图 21 所示 注意该字节中较低的 7 位写入寄存器 4增益/多路复用器寄存器 其它所有可控制的 ADS7870 参数都是事先存储在相应寄存器中的值这些值既是上电默认值0 也是之前在寄存模式工作中写入某一控制寄存器中的值直接模式指令不需要任何附加数据 寄存器模式寄存器模式 在寄存器模式指令字节的 D7 位为 0中对 ADS7870 的一个寄存器发送一个读或写操作指令 ADS7870 的所有由用户决定的功能与特点都可以通过对这些寄存器写入相关信息来控制见图 15转 换结果可以从 A/D 输出寄存器读取 图 15 寄存器地址映射图 该指令字节见图 14含有下一个读/写操作的寄存器地址确定串行通信是以 8 位字长还是以 16 位字长的形式进行并决定下一个操作是从这个被寻址的寄存器读出还是对其写入 寄存器模式中此指令字节的结构如图 14 所示 ? D7该位置为 0以进行寄存器模式操作 ? D6R/W指令字节的第 6 位决定进行一次读操作还是一次写操作置 1 表示进行读操作置 0 则为写操作 ? D516/8该位决定读或写操作的字长1 表示 16 位两个 8 位字节0 则表示 8 位字节 ? D4 到 D0A4A0这些位确定要对之进行读或写操作的寄存器的地址寄存器的地址编码 与其它信息列于图 15 中 对于 16 位的操作先写入或读出的 8 位字节的地址由指令字节A4 位到 A0 位寄存器地址进 行编码接下来 8 位的的地址则要看第一个字节的寄存器地址是奇数还是偶数如果是偶数则第二个 字节的地址是寄存器地址+1如果寄存器地址为奇数则第二个字节的地址是寄存器地址1 这种安排使转换结果从两个 A/D 输出数据寄存器中既可以从最高有效字节开始输出也可以从最低有 效字节开始输出参照串行接口控制寄存器一节 寄存器综述寄存器综述 对可寻址的寄存器的综述信息如图 15 所示以下是对它们的概述更多详情将在后面的用户可访 问的内部寄存器一节中给出 寄存器 0 与寄存器 1A/D 输出数据寄存器 含有 A/D 转换结果的最低有效位与最高有效位 ADC0 16 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 到 ADC13寄存器 0 还有三个固定的零位D3D2 与 D1和另一位用来表明是否超出了 PGA 的内部 电压极限OVR它是一个只读寄存器写一个 8 位的字到寄存器 0 则 ADS7870 复位 寄存器 2PGA 有效寄存器含有在超出 PGA 允许的输入电压范围时记录该问题性质的信息 寄存器 3A/D 控制寄存器 有两个测试位 最好置 0一位将输入格式转换成标准二进制 BIN 一个置 0 的未用位两位将 A/D 结果配置成自动读回模式RBM1RBM0以及两位用来对 CCLK 的分 频器进行编程CDF1CDF0 寄存器 4增益/多路复用器寄存器含有输入通道选择信息M0 到 M3和可编程增益放大器的 增益设置位G0 到 G2 寄存器 5数字 I/O 状态寄存器包含每个数字 I/O 脚I/O3 到 I/O0的状态信息 此外寄存器 4 与寄存器 5 还有一个转换/忙碌位CNV/BSY可以用于开始一次转换通过一个 写指令或者检测转换器是否处于忙碌状态用一个读指令 寄存器 6数字 I/O 控制寄存器包含可决定四个数字 I/O 引脚是起输入还是输出作用的信息OE3 到 OE0即可以设置每个 I/O 引脚的模式 寄存器 7电压基准/振荡器控制寄存器决定是在转换时钟接通还是断开时使用内部振荡器 OSCE决定内部电压基准与缓冲器是接通还是断开REFEBUFE还决定基准电压是 2.5V2.048V 还是 1.15V 寄存器 24串行接口控制寄存器决定数据是先从最高有效位开始输出还是先从最低有效位开始 输出LSB 位决定串行接口是配置成 2 线还是 3 线形式2W 位还决定用于 8051 型微处理器接口 的正确时序控制8051 位 寄存器 31ID 寄存器只读 复位复位 有三种复位方法 在以下条件下所有寄存器内容与串行接口复位 1 掉电后再上电掉电的时钟必须足够长以便让内部节点放电 2 触发 RESET 脚复位的最小脉冲宽度为 50ns 3 写一个 8 位字节到寄存器 0ADS7870 不会等待该指令后面跟随的数据 所有的这些动作将所有内部寄存器置 0关断振荡器电压基准与缓冲器电压基准的恢复时间取决 于该电压基准与缓冲器输出端上的电容 在CS信号被拉高时只有串行接口被复位与禁止如果CS持续保持低电平并且 ADS7870 被 写入寄存器 0 的 8 位字节复位即使是意外写入那么下一个输入 DIN 中的 1 则是串行接口的同步位 这个 1 后面的 SCLK 的下一个有效沿会在新指令字节的第一位中闭锁 对于CS不能循环的应用并且丢失了系统同步功能的话ADS7870 必须通过写 39 个 0 与一个 1 来 复位然后串行接口才可以接收下一个命令字节这一字符串的长度是针对最坏的情况而提出来的以 确保器件可以被同步 注意一个有噪声干扰且过度振铃的 SCLK 会导致对 ADS7870 的意外复位在调试时示波器的探头 会屏蔽这一问题并提供足够的电容来进行校正通常一个与 SCLK 引脚串联的 100的电容足以校正这 一问题因为数据在 SCLK 的相反沿发生改变它通常在 SCLK 的有效沿之前稳定不需要其自身带有 的 100的电阻尽管这不会造成任何损害 写操作写操作 为了执行一次写操作必须如前文所述首先对 ADS7870 写入一个指令字节见图 14该指令可决 定目标寄存器以及字长8 位或 16 位在第一个 SCLK 沿是上升沿还是下降沿取决于 RISE/FALL脚 的状态锁闭指令字节的第一位之前CS脚必须被设定0CS之后的第一个有效沿必须要有指令字 节的第一位指令字节其余的 7 位在接下来的 SCLK 的 7 个有效沿上被闭锁在整个过程中CS必须保 17 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 持低电平将CS置为高将使串行接口复位 如果通过设置增益/多路复用器寄存器与/或数字 I/O 寄存器中的 CNV/BSY 位来启动一次转换则这 一转换在 DCLK 的第二个下降沿开始这个下降沿在上一个写操作的有效 SCLK 沿之后 图 16 给出了 8 位写操作的实例在这次写操作中最低有效位先行并且 SCLK 在上升沿有效双箭头 表示在数据被锁存到目的寄存器时 SCLK 发生转变 图 16 8 位写操作的时序图 图 17 给出了对一个偶数地址进行 16 位写操作的时序LSB 先行SCLK 在上升沿有效注意这两个 字节同时被更新到各自的寄存器中该图还表明了所写入的第二个字节的地址ADDR被加上 1因为 指令字节中的 ADDR 是偶数对于奇数 ADDR第二个字节的地址则应该是 ADDR1 图 17 对偶数地址进行 16 位写操作的时序图 读操作读操作 读操作与写操作类似除了数据流在指令字节之后是从 ADS7870 流向主控制器以外在指令字 节被锁闭以后在 SCLK 的第八个有效沿DOUT 引脚与 DIN 引脚如果是在两线模式中开始驱动 SCLK 下一个非有效沿上的数据这样使主控制器在 SCLK 的下一个有效沿上有有效数据 DOUT或 DIN脚上的数据在 SCLK 的非有效沿上传输在读取数据的第 8 个或第 16 个有效 沿之后DIN 引脚两线模式停止驱动下一个 SCLK 非有效沿上的数据回复到高阻抗状态只有在 CS未被指定时 DOUT 才处于高阻抗当CS为高电平1时DOUT或 DIN被迫使进入高阻抗模 式总地来说ADS7870 对时钟的闲置状态并不敏感除非 SCLK 的状态可以决定 DIN 是否会驱动数据 在读操作结束时ADS7870 已准备好接收下一个指令字节读操作反映出被传输的数据字节的第一 18 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 个 SCLK 有效沿上的 ADS7870 的状态 图 18 给出了 8 位读操作的实例LSB 先行SCLK 在上升沿有效双上升箭头指明指令被锁闭的时 间 图 18 8 位读操作的时序图 图 19 给出了 16 位读操作的实例从奇数地址开始LSB 先行SCLK 在上升沿有效第二个字节的 地址ADDR要减去 1因为指令字节中的 ADDR 是奇数对于偶数 ADDR第二个字节的地址应该 加上 1 图 19 对奇数地址进行 16 位读操作的时序图 多路复用器寻址多路复用器寻址 指令字节在转换开始指令中或者增益/多路复用器寄存器ADDR=4的后四位指定被请求的转 换的多路复用器配置输入通道既可置为差分形式也可以置为单端形式在置为差分形式时输入信号 的极性可通过 M2 D2 位 来转换 在单端模式中 所有的输入通道都可被测量 相对于系统地 引脚 25 图 20 给出了多路复用器配置的实例图 21 则提供了输入通道选择的编码 19 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 多路复用器选项实例 图 20 多路复用器选项实例 注M3 位确定是选择差分模式还是单端模式如果选择的是差分模式则由 M2 位确定输入通道的极性 粗体字部分是上电默认条件 图 21 多路复用器寻址 用户可访问的内部寄存器用户可访问的内部寄存器 ADS7870 的寄存器有 8 位宽多数寄存器都是保留寄存器有 10 个是用户可以访问的寄存器地址 映射图对它们进行了总结见图 15以下是对每个寄存器的详细说明寄存器中所有位的上电/复位默 认状态为 0 ADC 输出寄存器输出寄存器 A/D 输出寄存器是只读寄存器 位于 ADDR=0 与 ADDR=1 含有 A/D 转换的结果ADC11 到 ADC0 见图 22转换结果为二进制补码格式这些位既可以从 MSBD7开始也可以从 LSBD0开始从 寄存器中读出由串行接口控制寄存器的 LSB 位D7 或 D0的状态决定位于 ADDR=0 的寄存器还有 OVR 位它可以表明是否电压超出了 PGA 的内部电压极限 ADC 输出寄存器 20 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 ADDR=0LS 字节 位符号名称数值功能 D7D4ADC3ADC0A/D 输出1转换结果的四个最低有效位 D3D1 0 这些位未用总是为 0 D0OVR PGA 超额 0 1 有效的转换结果 PGA 中出现模拟超额问题转换结果可能无效 有关此类问题的详情存储于寄存器 2PGA 有 效寄存器中 ADDR=1MS 字节 位符号名称数值功能 D7D0ADC11ADC4ADC 输出1转换结果的 8 个最高有效位 1 该值取决于转换结果 图 22 ADC 输出寄存器ADDR=0 与 ADDR=1 PGA 有效寄存器有效寄存器 PGA 有效寄存器ADDR=2是只读寄存器含有针对 PGA 的六个比较器各自的结果VLD5 到 VLD0如图 23 所示 PGA 有效寄存器 ADDR=2 位符号名称数值功能 D7D6 0 这几位未用总是为 0 D5VLD5 PGA 有效位 50 1 0PGA 的负的负输出电压在其最小极限范围内输出电压在其最小极限范围内 1PGA 的负输出电压超出了其最小极限范围 D4VLD4 PGA 有效位 40 1 0PGA 的负的负输出电压在其最大极限范围内输出电压在其最大极限范围内 1PGA 的负输出电压超出了其最大极限范围 D3VLD3 PGA 有效位 30 1 0PGA 的负的负输入电压在其最大极限范围内输入电压在其最大极限范围内 1PGA 的负输入电压超出了其最大极限范围 D2VLD2 PGA 有效位 20 1 0PGA 的正的正+输出电压在其最小极限范围内输出电压在其最小极限范围内 1PGA 的正+输出电压超出了其最小极限范围 D1VLD1 PGA 有效位 10 1 0PGA 的正的正+输出电压在其最大极限范围内输出电压在其最大极限范围内 1PGA 的正+输出电压超出了其最大极限范围 D0VLD0 PGA 有效位 00 1 0PGA 的正的正+输入电压在其最大极限范围内输入电压在其最大极限范围内 1PGA 的正+输入电压超出了其最大极限范围 粗体部分是上电时的默认条件 图 23 PGA 有效寄存器ADDR=2 A/D 控制寄存器控制寄存器 A/D 控制寄存器ADDR=3配置 CCLK 的分频器与读回模式选项如图 24 所示 21 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 ADC 控制寄存器 ADDR=3 位符号名称数值功能 D7D6 0 这两位是保留位必须总是写入 0 D5BIN 输出数据格 式 0 1 模式模式 0二进制补码输出数据格式二进制补码输出数据格式 模式 1二进制输出数据格式 D40 这两位是保留位必须总是写入 0 D3D2RBM1RBM0自动读回模 式 00 01 10 11 模式模式 0读指令需要访问读指令需要访问 ADC 转换结果转换结果 模式 1先返回最高有效字节 模式 2先返回最低有效字节 模式 3仅返回最高有效字节 D1D0CFD1CFD0CCLK 分频00 01 10 11 CCLK 除法因数除法因数=1DCLK=CCLK CCLK 除法因数=2DCLK=CCLK/2 CCLK 除法因数=4DCLK=CCLK/4 CCLK 除法因数=8DCLK=CCLK/8 粗体部分是上电时的默认条件 图 24 ADC 控制寄存器ADDR=3 读回模式读回模式 RBM1 与 RBM0 确定使用四种可能模式中的哪一种来将 A/D 转换结果从 A/D 输出寄存器读出 ? 为了从 A/D 输出寄存器读取输出结果模式 0默认模式要求执行一条单独的读指令 ? 模式 12 与 3 则为从 A/D 输出寄存器中读取的转换结果提供了不同类型的自动读回选择不需 要用单独的读指令 模式 1先返回最高有效字节 模式 2先返回最低有效字节 模式 3仅返回最高有效字节 更多信息请参考读回模式一节 时钟分频器时钟分频器 CFD1 与 CFD0 设置 CCLK 的除数常量该常量决定应用于 A/DPGA 与电压基准的 DCLKA/D 与 PGA 的工作最高时钟频率是 2.5MHz在对转换过程使用外部时钟的应用中可以在外部时钟频率实 际应用于 PGA 与 A/D 之前将其降低实际应用到 A/D 与 PGA 的信号称作 DCLKDCLK=CCLK/DFDF 是由 CFD1 与 CFD0 位决定的除法因数例如如果应用到 CCLK 的外部时钟频率为 10MHzDF=4 CFD1=1CFD0=0DCLK 则等于 2.5MHz 增益增益/多路复用器寄存器多路复用器寄存器 增益/多路复用器寄存器ADDR=4带有配置 PGA 增益的三位G2G0和输入通道选择位M3 M0如图 25 所示在用直接模式启动一次转换时该寄存器也被更新所以其位定义与指令字节兼 容 增益/多路复用器寄存器 22 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 ADDR=4 位符号名称数值功能 D7CNV/BSY 转换/忙碌0 1 空闲模式空闲模式 忙碌模式写=开始转换 D6D4G2G0PGA 增益 选择 000 001 010 011 100 101 110 111 PGA 增益增益=1 PGA 增益=2 PGA 增益=4 PGA 增益=5 PGA 增益=8 PGA 增益=10 PGA 增益=16 PGA 增益=20 D3D0M3M0输入通道选 择 见图 21确定所请求转换的输入通道选项差分或单端配 置 粗体部分是上电时的默认条件 图 25 增益/多路复用器寄存器ADDR=4 输入通道选择输入通道选择 M3 位到 M0 位对对决定输入通道选择的开关进行配置输入通道可以配置成差分形式也可以配置成 单端形式在被配置成差分形式时输入信号的极性是可逆的由 M2 位的状态确定输入通道的编码如 图 21 所示差分输入模式实例如图 20 所示 转换转换/忙碌忙碌 如果在读操作期间 CNV/BSY 位被置为 1则在 DCLK 的第二个下降沿启动一次转换这个下降沿跟 随在将数据锁存到增益/多路复用器寄存器的 SCLK 有效沿之后CNV/BSY 位可以以一条读指令读出 在读操作中对该寄存器取样时如果 ADS7870 正在执行一次转换操作则 CNV/BSY 位在此次读操作中 置为 1 增益选择增益选择 G2 位到 G0 位控制可编程增益放大器的增益PGA 的增益可以是 124581016 和 20编 码如图 25 所示 数字输入数字输入/输出状态寄存器输出状态寄存器 数字 I/O 状态寄存器ADDR=5含有四个数字 I/O 脚每一个的状态每个引脚都可以用作一个数字 输入端引脚的状态由一个与之相连的外部信号设置或一个数字输出端引脚的状态由 ADS7870 串行 输入端提供的数据设置输入/输出功能控制由数字 I/O 控制寄存器的数字 I/O 模式控制位OE3OE0 决定此外转换/忙碌位CNV/BSY可以用于启动一次转换通过写指令或者用于确定转换器是否 处于忙碌状态通过执行一条读指令 数字数字 I/O 状态位状态位 数字 I/O 状态寄存器的 D3 位到 D0 位I/O3I/O0是状态位如果相应的模式位使该引脚成为一 个数字输入脚状态位就会显示连接到该引脚的外部信号是 1 还是 0通过一次写操作不可能控制相应位 的状态该位的状态只由连接到数字 I/O 引脚的外部信号控制编码如图 26 所示 23 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 数字 I/O 状态寄存器 ADDR=5 位符号名称数值功能 D7CNV/BSY 转换/忙碌0 1 空闲模式空闲模式 忙碌模式写=开始转换 D6D4 0 这几位未用总是为 0 D3IO3 I/O3 的状态位0 1 输入或输出状态输入或输出状态=0 输入或输出状态=1 D2IO2 I/O2 的状态位0 1 输入或输出状态输入或输出状态=0 输入或输出状态=1 D1IO1 I/O1 的状态位0 1 输入或输出状态输入或输出状态=0 输入或输出状态=1 D0IO0 I/O0 的状态位0 1 输入或输出状态输入或输出状态=0 输入或输出状态=1 粗体部分是上电默认条件 注当控制模式将该引脚配置成一个数字输入脚则通过一次写操作不可能控制相应位的状态该位的 状态只由连接到数字 I/O 引脚的外部信号控制 图 26 数字 I/O 状态寄存器ADDR=5 四个数字 I/O 引脚允许对外部电路进行控制如多路复用器或者允许对其它器件的数字状态线进行 读取而不需要附加的微控制器引脚对该寄存器的读数可反映该引脚的状态而不是 ADS7870 内部锁存 的状态 转换转换/忙碌忙碌 如果在读操作期间 CNV/BSY 位被置为 1则在 DCLK 的第二个下降沿启动一次转换这个下降沿跟 随在将数据锁存到增益/多路复用器寄存器的 SCLK 有效沿之后CNV/BSY 位可以以一条读指令读出 在读操作中对该寄存器取样时如果 ADS7870 正在执行一次转换操作则 CNV/BSY 位在此次读操作中 置为 1 数字数字 I/O 控制寄存器控制寄存器 数字 I/O 控制寄存器ADDR=6含有可以确定四个数字 I/O 通道会被设置成输入还是输出通道的信 息将对应的 OE 位置为 1 可将相应的 I/O 脚设置成输出脚而将对应的 OE 位置为 0 则可以将相应的 I/O 脚设置成输入脚见图 27 数字 I/O 控制寄存器 24 武汉力源信息技术服务有限公司 免费电话800-8808051 ADDR=6 位符号名称数值功能 D7D4 0 这几位是保留位必须总是置 0 D3OE3 I/O3 的状态位0 1 数字数字 I/O 1=数字输入数字输入 数字 I/O 1=数字输出 D2OE2 I/O2 的状态位0 1 数字数字 I/O 2=数字输入数字输入 数字 I/O 2=数字输出 D1OE1 I/O1 的状态位0 1 数字数字 I/O 3=数字输入数字输入 数字 I/O 3=数字输出 D0OE0 I/O0 的状态位0 1 数字数字 I/O 4=数字输入数字输入 数字 I/O 4=数字输出 粗体部分是上电时的默认条件 图 27 数字 I/O 控制寄存器ADDR=6 电压基准电压基准/振荡器配置寄存器振荡器配置寄存器 电压基准/振荡器配置寄存器ADDR=7决定是否使用内部振荡器OSCE 与 OSCR决定内部电 压基准与缓冲器是接