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1、24位高精度 A/D 芯片 CS5524的应用作者：湖南大学电气与信息工程学院龙志军罗文钦吴桂清来源：国外电子元器件摘要： CS5524是美国 CRISTAL 公司生产的高精度A/D 芯片。这种芯片非常适用于信号较弱、动态范围大、干扰严重的测量系统。文章介绍了CS5524芯片的结构特点，并对CS5524在工程设计应用中出现的疑难问题提出了相应的解决方案。关键词： CS5524 寄存器 驱动泵 A/D 1 CS5524 的结构及特点CS5524 是美国 CRISTAL 公司生产的A/D 转换器。它采用24 脚双列直插封装形式，图1 是其引脚排列，各引脚功能如表1 所列。表 1 CS5524 各引
2、脚名称及功能引脚名功 能引脚名功 能AGND 模拟地VREF+ 参考电压正相VA+ 模拟电压输入VREF- 参考电压反相AIN1+ 通道一正相端AIN2+ 通道二正相端AIN1- 通道一反相端AIN2- 通道二反相端AIN3+ 通道三正相端AIN4+ 通道四正相端AIN3- 通道三反相端AIN4- 通道四反相端NBV 负输出脚A1 逻辑输出1 A0 逻辑输出 0 脚SCLK 时钟输入端CPD 泵电压输出VD+ 数字电压输入SDI 串行数据输入DGND 数字地CS 片选端SDO 数据输出端XIN 晶振输入XOUT 晶振输出CS5524 内含多路复用器、斩波稳定放大器、24位-? A/D 转换器、
3、可编程增益放大器、片内校验电路以及若干存储器。其中存储器主要有command 寄存器、 configuration 寄存器、 csr 寄存器以及标验寄存器等。 command 寄存器一个8位只写寄存器，通过设置该寄存器的相应位可以对其他五个寄存器进行读或写操作； configuration 寄存器是一个24 位可读写寄存器，用来设置逻辑通道数、斩波频率、软件复位以及是否进行多通道环转换；csr 寄存器主要用来设置要转换的物理通道号、量程、信号极性和输出字率。另外，还有几个寄存器如校验寄存器等。图2 是 CS5524的内部结构框图。CS5524 芯片在每次软件复位或硬件复位后都会置为缺省值，在缺
4、省值下，芯片均能正常工作。CS5524的主要特点如下： 采用 -? 结构； 输入动态范围大，共有25mV 、55mV 、100mV 、1V、2.5V、5V 等 6 个单 /双极性量程可选（带双缓冲）；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 内带驱动泵，能以此产生小信号和负电压信号的基准电压（-2.1-2.5V ）； 可编程选择通道； 每个通道内均带有可读写的系统校验与自校验存储器； 功率消耗仅5.5mW 。2 应用CS5
5、524 是一种高精度24位 4 通道模 /数转换芯片。可以广泛应用在一些信号较弱、变化范围大、干扰严重的测量系统中。图3 为该芯片在智能媒质测硫仪中的应用原理框图。图 3 中，数据采集部分选用CS5524，单片机则采用80C196KC ，其中准双向口P1.0P1.3 与 CS5524 的 I/O 口相连以进行数据采集。准双向口的编程与双向口略有不同，其区别在于：准双向口在编程时需要在每次读数前将口状态先置为1。应用 CS5524 芯片进行数据采集时，其芯片的线性误差小于0.0015%。在媒质测硫仪的应用中，当参考电压稳定时，其线性误差普遍小于0.0012%。而在标称输入为2.40V 时，连续抽
6、样10 个测量值的线性误差仅为0.00038%。该智能性媒质测硫仪系统的软件实现流程如图4 所示。3 软、硬件处理3.1 软件处理a.串口初始化在用软件对CS5524 进行初始化时，应先向输入口SDI 顺序写入15个字节的 #0FFh 和一个字节的#0Feh。写完后，芯片将被强制工作于命令模式。b.软件复位名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 对 CS5524 的软件复位可通过向configuration 寄存器的RS
7、 位写 1（其它位可以置0）来实现。然后在命令模式下再读出configuration 寄存器的值（正确复位后，其值为#0000C0h）。需要指出的是：有时CS5524 芯片不经过以上两步也可正常工作。但这种状态是不确定的，严重时可能会导致死循环。而且一旦出现死循环，则需要硬件的再次复位。c.开始工作开始工作时，应将configuration 寄存器的RS 位重新写0 并跳出复位状态。d.读数读数前，必须先判断SDO 脚是否已降为0 电平。接着再写8 个周期的0 来清 SDO 标志位。需要注意的是：系统在高电平时读数，而在低电平时锁存下一位。e.寄存器的设置在具体应用中，假设需要K 个逻辑通道，
8、configuration 寄存器的深度指针只需写为K-1，而并不是芯片有 8 个逻辑通道，就必须要将D15D12 置为 #0111B. 另外，需要写入的CSR 寄存器位数取决于configuration 寄存器的深度指针。例如：在测硫仪设计中，实际只需要用两个逻辑通道，这样便可将D15D12 置为 #0001B ，需只需将 CSR 寄存器写入24位（而不是全部的96位）即可。当然，先写入的应当是逻辑通道1。3.2 硬件处理硬件问题主要需要注意CPD 和 NBV 管脚外围参数的选择。厂商提供的参考电路如图5 所示。但是，笔者认为：图5所提供的电路参数选择存有商讨之处。图为 CPD 的输出是幅值
9、为5V 的周期性高频方波。它通过BAT85 （2.1V 稳压）给NBV 提供参考负压，因而图5 所示电路对外围稳压管的要求特别高，这样，一旦BAT85 过压损坏，则很容易烧坏芯片。为此，在设计中，若输入电压高于100mV ，可将 CPD悬空， NBV 接地。这样做不但可以减少芯片发热，还可以降低CPD 输出功耗。若输入低于100mV ，稳妥的办法则是直接从稳压电源获取负压。4 结束语CS5524 是一种高精度的4 通道 A/D 转换芯片，它采用-? 处理算法。适用于信号较弱和干扰严重的环境条件下；同时，它的多通道、多量程输入还可满足输入动态范围比较大的应用系统，而且精度也非常高。尽管 CS5524非常实用，但应用中需要特别注意对芯片的保护。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -