Serial A/D converter ADS1110 and its application in AT89C51
Abstract: According to the disadvantages of high expense and low accuracy of the general A/D converter used in MCS51 microchip system,the principle and working process of a high accuracy 16-bit A/D conversion ADS1110 which has I2C bus and belongs to TI Company are proposed here as well as the interface of ADS1110 to AT89C51 and software list.It is proved to be high performance index and practicability.
Keywords: serial A/D converter; I2C bus; microcomputer; interface; ADS1110
摘要: 针对51单片机系统中常用的A/D转换器价格高、精度低的缺点，介绍TI公司的16 位的带有I2C串行接口的A/D转换器ADS1110的工作原理，给出ADS1110与AT89C51单片机系统的接口电路和软件设计。实践证明，ADS1110具有高性价比和实用性。
关键词: 串行A/D转换器; I2C总线; 单片机; 接口; ADS1110

1 引言

AT89C51单片机系统经常使用A／D转换器。虽然并行A／D转换器速度高、转换通道多，但其价格高，占用单片机接口资源比串行A／D转换器多。工业检测控制及智能化仪器仪表中经常采用串行A／D转换器。ADS1110是一种精密、可连续自校准的串行A／D转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率，其串行接口为I2C总线。AT89C51单片机通过软件模拟I2C总线实现与ADS1110的连接。

2 ADS1110的特点与内部结构

2.1 ADS1110的特点

完整的数据采集系统和小型SOT23-6封装；片内基准电压：精度2.048 V+0.05％；片内可编程增益放大器PGA；片内振荡器；16位分辨率；可编程的转换速率15次／秒～240次／秒；I2C总线接口(8个有效地址)；电源电压2.7 V～5.5 V；低电流消耗240 μA。

2.2 ADS1110的引脚功能

ADS1110串行A／D转换器采用6引脚贴片封装，其引脚排列如图1所示。VDD：电源端，通常接+5V；GND：模拟地和数字地；VIN+、VIN-：采样模拟信号输入端，其范围为2.048 V～2.048 V；SCL：I2C总线时钟线；SDA：I2C总线数据线。

2.3 ADS1110的内部结构

ADS1110是由带有可调增益的△-∑型转换器内核、2.048 V的电压基准、时钟振荡器和I2C总线接口组成。其内部结构如图2所示。

ADS1110的A／D转换器内核是由差分开关电容△-∑调节器和数字滤波器组成。调节器测量正模拟输入和负模拟输入的压差，并将其与基准电压相比较。数字滤波器接收高速数据流并输出代码，该代码是一个与输入电压成比例的数字，即A／D转换后的数据。

ADS1110片内电压基准是2.048 V。ADS1110只能采用内部电压基准该基准，不能测量，也不用于外部电路。ADS1110片内集成时钟振荡器用于驱动△-∑调节器和数字滤波器。ADS1110的信号输入端设有可编程增益放大器PGA，其输入阻抗在差分输入时的典型值为2.8 MΩ。

3 ADS1110的使用

3.1 I2C总线接口

ADS1110通过I2C总线(内部集成电路)接口通信，AT89C51单片机的2个I／O接口最多可挂接8个ADS1110，单片机对ADS1110的识别通过I2C地址实现。ADS1110只能作为从机。

ADS1110的I2C地址是1001aaa，其中aaa是出厂时默认设置。ADS1110有8种不同类型，每种类型都有不同的I2C地址。封装上，ADS1110的每种类型都以EDx为标识，其中x表示地址变量。

3.2寄存器

ADS1110含有输出寄存器和配置寄存器，可通过I2C端口进行访问。输出寄存器存储A／D转换结果，而配置寄存器用于设置ADS1110的工作方式，数据速率和可编程增益放大器，也可用于查询器件状态。

3.3 ADS1110的读写

3.3.1读操作

若从ADS1110中读取输出寄存器和配置寄存器的内容，需对ADS1110寻址。从ADS1110中读取3个字节，前2个字节是输出寄存器的内容，第3个字节是配置寄存器的内容。读操作时，只读前2个字节而不读第3个字节。ADS1110的读操作时序如图3所示。

3.3.2写操作

为了对配置寄存器写操作，要对ADS1110寻址，并向配置寄存器写入1个字节，但不能向输出寄存器写人字节。其写操作时序如图4所示。

4 ADS1110在AT89C51系统应用

4.1硬件设计

由于AT89C51单片机没有I2C总线接口，可通过软件模拟实现与I2C总线器件的连接。具体方法是将单片机的I／O接口连接至I2C的数据线SDA和时钟线SCL。通过软件控制时钟和数据传输，系统灵活性强。

图5所示是数据采集显示系统，采集工业现场的4路模拟信号并轮询显示。采用4个ADS1110作为A／D转换器，地址为ED0～ED3。具有I2C总线接口的EEPROM AT24C16作为存储器。本系统有4位LED数码显示管和4个参数设定按键。采集数据经数字滤波、16进制→工程值转换后，送至数码管轮询显示。ADS1110和AT24C16的I2C接口连ADSl110数据线SDA至单片机的P1.0，时钟线SCL连接单片机的P1.1，上拉电阻阻值选10 kΩ。

4.2软件设计

按照硬件电路，编写A／D转换子程序为ADS0，其中嵌套调用了START，为起始命令子程序，FSDZ1为向ADS1110发送单个字节命令的子程序，ADREAD是读取输出寄存器和配置寄存器的子程序，STOP是停止命令子程序。ADS0只对地址为ED0的ADS1110读数，如果要读取其他ADS1110，只需更改地址即可。系统中ADS1110的工作方式选用默认设置，即配置寄存器内容为#8CH，所以程序未向配置寄存器写入数据。程序代码如下：

5 结束语

ADS1110是一款高性价比具有I2C总线接口的串行A／D转换器。ADS1110已在单片机系统中应用，并用于现场。实践证明，ADS1110和单片机组成的数据采集系统，占用I／O端口少、功耗低，适用无电源场合。但需注意的是，因I2C总线为串行扩展总线，数据采集时不能用于实时速度要求较高的场合。

参考文献
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作者简介：黄建兵（1973-），男，陕西岐山，学士，陕西科技大学，讲师，研究方向：电力电子与电力传动。
通信地址：陕西科技大学 电气与信息工程学院，陕西 西安 710021