摘 要：本文介紹了采用高精度、具有片內PGA的CS5522轉換芯片實現雙通道電壓信號的實時采集，詳細分析了寄存器的配置方法、操作模式及校準方法。實驗結果表明，芯片設置合理，達到了高精度測量的預期效果。

關鍵詞：CS5522；A/D轉換；Δ-Σ校準；寄存器

中圖分類號：TP211

CS5522是Cirrus Logic公司生產的高集成度的Δ-Σ模數轉換器（ADC），它通過采用電荷平衡技術達到24-bit的性能。可用作兩通道ADC采集，它內部集成有一個低輸入電流、斬波儀表放大器和一個可編程增益放大器（PGA），該PGA提供了25mV、55mV、100mV、1V、2.5V和5V等可選的輸入信號范圍。為了應用于地基準熱電偶，芯片內還集成有一個電荷泵驅動電路，為片上放大器提供負偏置電壓。為方便和單片機的通訊，芯片內還集成有一個簡單易用的三線串行接口，該接口與SPITM和MicrowireTM兼容。適用于單電源供電下隔離或非隔離的低電平信號的測量采集[1]。

1 硬件連接

圖1 CS5522引腳排列及說明

CS5522內部的模擬輸入通道框圖，其前端包括一個多路復用器（配置前斷開）、一個增益固定為20的斬波儀表放大器、粗/細電荷緩沖器和一個增益可編程部件。對于25mV，55mV，100mV輸入范圍，輸入信號由20倍儀表放大器放大。對于1V，2.5V和5V輸入范圍，儀表放大器被旁路，輸入信號經過粗/細電荷緩沖器被送至增益可編程部件。CS5522規(guī)定VREF+與VREF-之間的參考電壓為2.5V。參考電壓接到轉換器的VREF+引腳，VREF-引腳接地。VREF+與VREF-之間的差分電壓范圍為1.0V-VA+，VREF+不能高于VA+，VREF-不能低于NBV。

圖2 測量系統(tǒng)原理圖

CS5522與單片機的連接方式有兩種：三線制和四線制。CS片選信號，SDI數據輸入，SDO數據輸出，SCLK時鐘同步信號。當只應用一個CS5522芯片進行A/D測試時，可以將CS片選引腳接地處理。上圖2為測量系統(tǒng)原理圖[2，3]。

2 SPI接口設置

CS5522的串行接口包括4條控制線：CS、SCLK、SDI、SDO。CS片選，是使訪問串口有效的控制線。當CS管引腳接低電平時，串行口可以作為3線接口運行。SDI串行數據輸入，用于將數據輸入到轉換器。SDO串行數據輸出，用于輸出轉換器數據。只要CS為邏輯1時，SDO就保持高阻抗。SCLK串行時鐘，是控制串口數據輸入或輸出的串行移位時鐘。只有當CS引腳為低電平（邏輯0）時，SCLK的變化才能被串口邏輯識別[4]。

3 寄存器設置

3.1 ADC寄存器結構和操作模式

CS5522的片內控制器有一些用戶可訪問的寄存器。這些寄存器用于保存偏移和增益校準結果、設置芯片操作模式、保存轉換指令和轉換數據。模數轉換器每個轉換通道都有用于該通道偏移和增益校準的24bit寄存器，雙通道轉換器有兩個偏移和增益校準寄存器，這些寄存器用于保存校準結果，其內容可讀寫，這就使得校準數據可被下載到一個外部的EEPROM，用戶可通過改變這些寄存器的內容去改變轉換器的偏移和增益校準基值[5，6]。

表1 CS5522寄存器配置表

寫配置命令寄存器0X03

寫通道命令寄存器0X05

轉換命令寄存器（CSRP0）0X80

轉換命令寄存器（CSRP1）0X90

通道內容寄存器（物理通道1）0X07B07B

通道內容寄存器（物理通道2）0X0FB0FB

配置內容寄存器0X103000

3.2 讀/寫偏移、增益和配置寄存器

CS5522的偏移、增益和配置寄存器可分別讀寫。要寫偏移、增益和配置寄存器，應先傳輸特定寄存器的相應的命令字，后跟24bit數據。要向物理通道1的增益寄存器寫0x800000（H），應先傳輸命令字0x02（H），其后跟數據0x800000（H）。同樣，要讀物理通道1的增益寄存器，也應先傳輸命令0x0A（H），然后再讀出24bit的數據。讀寫操作結束后，返回到命令模式。表1為CS5522的寄存器配置內容表。

3.3 讀/寫通道設置寄存器

CS5522有兩個24bit的通道設置寄存器（CSR）。這些寄存器必須和配置寄存器中的深度指針位一起訪問。每個CSR包括兩個12bit的Setup，這些Setup經程序設定，用于存儲轉換和校準的數據信息息，比如：（1）輸出鎖存引腳的狀態(tài)；（2）輸出字速率；（3）增益范圍；（4）極性；（5）被轉換的物理輸入通道地址。配置寄存器中的深度指針位決定了將要被訪問的CSR的數目，所以在讀寫CSR前，應先初始化深度指針位。

4 結束語

設計選用高精度、具有片內PGA的Σ-△模數轉換芯片CS5522，實現多通道的增益可編程控制實時采集，從而簡化了電路設計，提高了系統(tǒng)測量精度。整體應用轉換精度高，穩(wěn)定性能良好，基本達到預期效果。

參考文獻：

[1]胡春海，張冬花，韓非.CS5522型A/D轉換器及其在小角度測量中的應用[J].國外電子元器件，2005（11）：54-56.

[2]CS5522_en Product Data Sheet[Z].http：//www.cirrus.com/en，2014.

[3]李海真，孫運強，許鴻鷹.高精度多路溫度采集模塊硬件電路設計[J].電子測試，2008（12）：58-64.

[4]郭凌，施元春，沈曉東.用CS5522/24/28開發(fā)精密稱重儀表[J].科技應用，2004（03）：22-23.

[5]李增躍，劉志超，何健.CS5521 A/D轉換器系統(tǒng)校準的簡便方法[J].河北工業(yè)科技，2003（02）：19-24.

[6]王洪一.PLC數據采集模塊的設計[D].內蒙古科技大學，2013.

作者簡介：裴銳（1982-），男，遼寧沈陽人，碩士，工程師，主要研究方向：測試計量技術及儀器。

作者單位：沈陽計量測試院，沈陽 110179