CS5530_F1模/数转换器在拉力试验机中的应用研究

　　拉力试验机[1-3]是通过拉伸来检测金属材料、非金属材料、零部件、构件的强度、刚度、弹性、塑性、韧性、延展性的基础试验装置,拉力试验机所测定的试验数据是从事工程设计和保证产品安全工作的依据。现代新型材料层出不穷,为了探索新型材料在各种复杂环境(高温、高压、真空、腐蚀等)下的具体参数,需要进行精确的抗拉强度试验,以便得到较好的机械性能、工艺性能、结构强度,从而控制产品的质量。模/数转换器[4,5]的选取和合理使用对于提高拉力试验机测量材料中力值性能、变形性能的精度至关重要。在进行拉力试验机测控系统的课题研究中,使用了24位数据采集模/数转换芯片CS5530_F1。

　　1　CS5530_F1简介

　　1.1　主要技术参数

　　主要技术参数为高精度,24位数据输出,0.0015%非线性误差;Δ-Σ模/数转换结构,噪声小,抗干扰能力强;三线制串行接口,可灵活与微处理机或SPI连接;内设滤波器和程控放大器,其放大器增益为64,可直接连接力值传感器或应变传感器;字节传输速率从6.25~3 840 S/s;电源供电50或60 Hz,分别有三种供电方式:VA+=5 V,VA-=0 V,VD+为3~5 V;VA+=2.5 V,VA-=-2.5 V,VD+为3~5 V;VA+=3 V,VA-=-3 V,VD+=3 V;参考电压VREF最高不超过模拟电压VA;内设偏移、增益标定寄存器。

　　1.2　外部管脚性能

　　CS5530_F1为20脚DIP封装,引脚排列见图1。

　　AIN1+,AIN1-为差分模拟信号输入端;C1,C2为内部测量放大器外接电容端;VA+,VA-为正负模拟电源端;A1,A0为外部通道开关选择线; OSC1,OSC2为外部时钟晶振连接端;SCLK为串行时钟输入端;SDO为串行数据输出端;SDI为串行数据输入端;为片选信号端,低电平有效;VD+为正数字电源端;DGND为数字信号地;VREF+,VREF-为差分参考输入端;NC为空端。

　　1.3　内部结构功能

　　CS5530_F1内部结构如图2所示,芯片内共有命令、功能设置、偏移、增益、数据转换等五个寄存器。命令寄存器为8位,可读/写。每次对CS5530_F1的访问都必须先向此寄存器写入命令字。写入的命令字决定下一步操作是针对偏移、增益、数据转换、功能设置中哪一个寄存器,是读操作还是写操作。通过该寄存器还可以完成偏移、增益的标定,发送初始化所需要的脉冲序列。功能设置寄存器为32位,可读/写。该寄存器功能强大,负责A/D各种模式的设置。对其读/写必须先写命令寄存器。偏移寄存器为32位,可读/写,芯片初始化时可完成数据偏移量的修正。增益寄存器为32位,可读/写,芯片初始化时完成模拟输入数据增益的确定。数据转换寄存器为32位,只读,前24位为转换的数据,后8位为数据溢出标志。