基于ADS芯片的高精度位移测试仪的设计

　　1　引言

　　高精度位移测试仪可用于精确测量物体的位置、长度和厚度的变化。本文利用美国BB公司推出的ADS1212作为模/数转换器,设计了一种位移测试仪。该测试仪的测量范围±0.5 mm,线性度±0.05 %,灵敏度10000mv/mm,输出电压0~5V,精度0.1%,动态频率0~200Hz,灵敏度漂移:零点:0.01%/℃、满刻度:0.05%/℃,工作温度-10℃~+50℃。

        2　ADS1212器件介绍

　　它是一种动态范围宽、单+5V电源供电、具有24位精度的器件。ADS1212主要用于工业过程控制、仪器仪表、色谱分析、灵巧传感器、便携式仪表、称重仪器、压力及位移传感器、高分辨率测量等场合。

　　2.1　特点及结构

         ADS1212特点

　　①采用差动输入方式(这对于低电平电压信号接入尤为有利)。

　　②采用Σ-Δ结构(可以得到宽的动态范围和24位无差错编码)。

　　③采用低噪声增益可编程放大器(利于扩展动态范围,提高分辨率)。

　　④内部有三阶数字滤波器(可以滤除电源纹波干扰和其它干扰)。

　　⑤采用了多种内部自校正技术(用于校正失调电压,校正满刻度误差)。

　　⑥内部集成有微处理器(用来管理与控制转换器的工作程序,实现转换参数的可编程控制)。

　　⑦转换速率为10Hz时有效分辨率可达23位,采样速率为1KHz时有效分辨率也有20位。

　　⑧工作温度范围宽(—40~ +850C),功耗低(只有几mW)。

　　⑨可使用内部或外部的参考电压。

　　ADS1212采用18脚DIP封装,结构如图1所示,其内部由可编程增益放大器(PGA)、二阶Σ-Δ调制器、调制控制单元、可编程数字滤波器、微控制器单元、寄存器组(指令寄存器、命令寄存器、数据寄存器、校准数据寄存器)、一个串行口、一个时钟电路和一个内部电压基准等组成。

　　2.2　主要功能寄存器

　　ADS1212内部有5个寄存器,其中指令寄存器和命令寄存器控制转换器的工作,数据输出寄存器包含最近的转换结果,失调和满刻度校正寄存器用来存放对内部转换结果数据进行校正。指令寄存器(INSR)是一个8位的寄存器,对ADS1212的每一步操作都是从它开始的。命令寄存器(CMR)是32位寄存器,通过对它的操作可以设置ADS1212的各种工作模式。数据输出寄存器(DOR)为24位寄存器,用于存放最新的转换结果。只有在DRDY信号为低的情况下,DOR中的数据才是有效数据。如果在1/fDATA—12*(1/fXIN)时间内没有读出DOR中的数据,那么它将会被新的数据所覆盖。DOR中的输出的数据格式可以用补码形式或用原码形式表示,这可用设置CMR3的DF位来实现。失调校准寄存器(OCR)和满刻度校正(FCR)用于对转换结果进行校正。它们都是24位的寄存器,可以在初始化中对其写入,以便用于校准输出数据[1]。