基于AD7730的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗測(cè)量?jī)x的研制螟深，采用24位∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器AD7730敬特，與稱重傳感器直接接口熊户。利用AD7730的可編程校準(zhǔn)功能萍膛，零點(diǎn)、增益數(shù)字校準(zhǔn)嚷堡， 取代手調(diào)電位器的模擬校準(zhǔn)蝗罗。應(yīng)用∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換原理，量化噪聲被移至A/D轉(zhuǎn)換的頻帶之外蝌戒， A/D轉(zhuǎn)換有效分辨率可在模擬輸入量程串塑、數(shù)據(jù)輸出速率、噪聲系數(shù)之間作出最佳選擇北苟。

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗測(cè)量?jī)x桩匪，檢測(cè)傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器接口的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法需要設(shè)置前置放大電路，將傳感器輸出的低量程信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換器的接口電平信號(hào)酌涮。傳統(tǒng)的標(biāo)定校準(zhǔn)方式冶侮，需要調(diào)整模擬電路零點(diǎn)、增益丑炒、基準(zhǔn)電壓電位器们萄。手動(dòng)調(diào)整長(zhǎng)期以來一直存在校準(zhǔn)精度低，調(diào)整參數(shù)重復(fù)一致性差的弊端芬阀。

一焦驰、硬件電路設(shè)計(jì)

（一）主體設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗測(cè)量電路由稱重傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器讽渐、信號(hào)處理計(jì)算單元搭照、鍵盤顯示接口組成（見圖1）。AD7730對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行過采樣揭斥、噪聲整形凝估、數(shù)字濾波和采樣抽取后， 轉(zhuǎn)化為高分辨率的數(shù)字信號(hào)眶衙，微處理器讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行油耗數(shù)值計(jì)算甜奄，以kg/h或g/s的測(cè)量單位顯示并向上位機(jī)傳送，按鍵接口用于校準(zhǔn)王滤、標(biāo)定贺嫂、時(shí)間設(shè)定、測(cè)量控制的切換雁乡。

（二）模擬接口

AD7730具有高輸入阻抗的緩沖器第喳， 輸入通道對(duì)傳感器的輸出信號(hào)無(wú)衰減。通過編程踱稍， 片內(nèi)可編程增益放大器可以接收0～ 10mV曲饱、0～ 20mV、0～ 40mV珠月、0～ 80mV四種單極性扩淀， 以及±10mV、±20mV啤挎、±40mV驻谆、±80mV四種雙極性的傳感器低量程輸出信號(hào)。AD7730與稱重傳感器YZ108B的模擬接口電路見圖2, 模擬電路取消前置放大器庆聘， 無(wú)零點(diǎn)胜臊、增益、基準(zhǔn)電壓調(diào)整電位器商寝。傳感器單電源 5V供電筝便， 靈敏度2 mV/V, 滿量程輸出10mV。R1愁淀、C1匆力、R2、C2構(gòu)成模擬低通濾波器曙椎， C3共模濾波電容龟些， C4傳感器屏蔽電纜層降噪電容。

（三）基準(zhǔn)電壓設(shè)置

AD7730 基準(zhǔn)電壓與傳感器激勵(lì)電壓共用一個(gè) 5V電源磷妻， 當(dāng)電源電壓波動(dòng)時(shí)鼠灼， 基準(zhǔn)電壓變化與傳感器激勵(lì)電壓變化所受到的影響比例相同， 對(duì)傳感器檢測(cè)精度以及A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出不受電源電壓波動(dòng)的影響搁赘，因而取代高精度基準(zhǔn)電壓電路而不降低系統(tǒng)性能眯词。

（四）數(shù)字接口

AD7730三線或四線串行輸出接口，可以方便地與各種微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器DSP連接愁反， 并適合于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸延届。AD7730 連續(xù)轉(zhuǎn)換與AT89C52單片機(jī)的串行數(shù)字接口電路見圖3，串行時(shí)鐘輸入SLCK贸诚，控制A/D串行數(shù)據(jù)傳送的移位脈沖方庭。AD7730的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果、校準(zhǔn)系數(shù)酱固、工作方式械念、數(shù)據(jù)輸出速率通過串行數(shù)據(jù)輸入口DIN，串行數(shù)據(jù)輸出口DOUT讀寫操作完成。狀態(tài)標(biāo)志RDY低電平龄减，標(biāo)示AD7730執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換或校準(zhǔn)完畢项钮， 數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)字準(zhǔn)備就緒可以讀取。當(dāng)RDY高電平希停，AD7730數(shù)據(jù)寄存器正在更新數(shù)據(jù)烁巫， 禁止數(shù)據(jù)傳送。

（五）印制電路板制作

AD7730 具有24 位的分辨率宠能， 若設(shè)定單極性 80mV輸入量程亚隙， 最低有效位1LSB對(duì)應(yīng)4.77 nV的電壓值。在 10mV輸入量程棵薛、50Hz的輸出速率掰砌、斬波方式下， 噪聲系數(shù)只有40nV抗该，最低有效位1LSB對(duì)應(yīng)的電壓值更低塑赁。由于AD7730的分辨率極高、噪聲系數(shù)極低童丢，必須十分關(guān)注印制電路板的元件布局糠味、芯片模擬地和數(shù)字地的接地連接。

印制板器件布局的模擬部分和數(shù)字部分分開择车，分別設(shè)計(jì)模擬地和數(shù)字地敷銅層渊伐。雙層線路板頂層模擬地和數(shù)字地敷銅層互不連接， AD7730芯片下方不布設(shè)任何信號(hào)線阀严， 用模擬地敷銅層覆圍多析，AD7730和微處理器的晶振用數(shù)字地敷銅層覆圍。底層模擬地和數(shù)字地敷銅層在AD7730管腳的AGND和DGND處一點(diǎn)短接砚凳， 降低接地阻抗初祠， 減少接地噪聲， 單電源供電時(shí)接線端子直流地與印制板模擬地敷銅層連接鳄橘。模擬輸入信號(hào)線設(shè)計(jì)寬線條声离、采用最短路徑靠近AD7730 模擬輸入端。AD7730模擬電源端和數(shù)字電源端分別用10μF鉭電容和0.01μF陶瓷電容并聯(lián)瘫怜， 系統(tǒng)工作電源采用線性電源术徊。

二、軟件設(shè)計(jì)

（一）程序結(jié)構(gòu)和控制流程

程序設(shè)計(jì)分為主程序鲸湃、按鍵外部中斷赠涮、定時(shí)中斷等控制模塊。主程序暗挑、按鍵中斷控制流程見圖4笋除。上電后主程序首先從非易失存貯器中讀取零點(diǎn)斜友、增益校準(zhǔn)系數(shù)， 寫入AD7730片內(nèi)校正寄存器中垃它。查詢有無(wú)按鍵中斷和標(biāo)志位狀態(tài)蝙寨， 若無(wú)則置動(dòng)態(tài)測(cè)量標(biāo)志并啟動(dòng)定時(shí)中斷A/D轉(zhuǎn)換。主程序的循環(huán)查詢到動(dòng)態(tài)標(biāo)志位后嗤瞎， 轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)測(cè)量， 執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗的平均油耗測(cè)量計(jì)算囚缝、顯示和串口發(fā)送糠歧。按鍵外部中斷，完成人機(jī)接口的校準(zhǔn)旧匈、標(biāo)定预第、時(shí)間設(shè)定、測(cè)量命令闯智。

（二）數(shù)字濾波和A/D輸出速率的選擇

AD7730數(shù)字濾波器的濾波方式害媚、建立時(shí)間、數(shù)據(jù)輸出速率通過編程選擇犹耻。第一級(jí)數(shù)字濾波器SINC工作在斬波方式或非斬波方式财军， 斬波方式能將失調(diào)電壓和飄移減至最小。第二級(jí)數(shù)字濾波器可以選擇22階FIR低通濾波春探、直通欧移、快速階躍響應(yīng)三種方式。在圖2電路中辑皿， 軟件編程控制AD7730工作在斬波方式时簸，兩級(jí)數(shù)字低通濾波， 抑制測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電磁噪聲干擾赖晶， 有效提高了A/D轉(zhuǎn)換的分辨率和系統(tǒng)測(cè)量精度律适。

AD7730過采樣頻率為4.9152MHz，數(shù)據(jù)輸出速率設(shè)定可以從50Hz～1200Hz遏插。數(shù)據(jù)輸出速率的選擇捂贿， 直接影響A/D轉(zhuǎn)換的分辨率和量化噪聲。較低的數(shù)據(jù)輸出速率對(duì)應(yīng)較高的分辨率胳嘲， 輸出的量化噪聲減小眷蜓。對(duì)±80mV的輸入量程， 斬波方式下50Hz數(shù)據(jù)輸出速率胎围， AD7730的峰- 峰分辨率可達(dá)18位吁系， 有效分辨率近似為21位 , 噪聲系數(shù)為115nV。而在400 Hz數(shù)據(jù)輸出速率下白魂， AD7730的峰—峰分辨率只達(dá)16.5位汽纤， 有效分辨率近似19位上岗， 噪聲系數(shù)為335nV。有效分辨率高蕴坪， 標(biāo)定校準(zhǔn)和測(cè)量精度提高膀概。在實(shí)際應(yīng)用中， 為避免50Hz的工頻干擾础甜， 選擇A/D數(shù)據(jù)輸出速率應(yīng)避免等于度限、接近或數(shù)倍于工頻頻率。

（三）內(nèi)部校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)控制方式

數(shù)字校準(zhǔn)可以選擇AD7730零點(diǎn)怨拍、滿量程的內(nèi)部校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)兩種控制方式浙梗。內(nèi)部校準(zhǔn)只對(duì)AD7730器件本身的增益誤差和零點(diǎn)誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，零點(diǎn)校準(zhǔn)和滿量程校準(zhǔn)的校準(zhǔn)電壓由芯片內(nèi)部提供灰蒋。系統(tǒng)校準(zhǔn)則是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)增益誤差和零點(diǎn)誤差务冠，包括AD7730器件內(nèi)部誤差進(jìn)行校準(zhǔn)， 零點(diǎn)和滿量程校準(zhǔn)電壓需要從外部輸入到器件模擬輸入端萍捌， 并且要保證在校準(zhǔn)期間穩(wěn)定不變丈揖。在發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗測(cè)量?jī)x中，選擇內(nèi)部校準(zhǔn)方式逗耕，相對(duì)零點(diǎn)和增益校準(zhǔn)系數(shù)取平均值后旁咙，分別存入AD7730片內(nèi)失調(diào)和增益校準(zhǔn)寄存器中。AD7730數(shù)字濾波器的輸出減去零點(diǎn)校準(zhǔn)系數(shù)的差摘肤， 再乘以增益校準(zhǔn)系數(shù)作為最終的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果年堆。

（四）串口數(shù)據(jù)讀寫

利用微處理器的串口讀寫AD7730片內(nèi)寄存器的數(shù)據(jù)，串口采用操作模式0時(shí)盏浇， 串行數(shù)據(jù)通過RXD引腳讀寫变丧， 在TXD引腳輸出振蕩頻率的1/12的同步移位脈沖。微處理器串口發(fā)送绢掰、接收緩沖器數(shù)據(jù)格式為低位在前痒蓬、高位在后。AD7730串行數(shù)據(jù)格式是高位在前滴劲， 低位在后攻晒。因此， 微處理器讀班挖、寫數(shù)據(jù)時(shí)一定要根據(jù)AD7730各寄存器的字節(jié)數(shù)分幾次讀或?qū)懀?/span> 并且在寫數(shù)據(jù)前或讀數(shù)據(jù)后鲁捏， 要將數(shù)據(jù)的高低位的排列順序分別進(jìn)行倒序調(diào)整。圖3電路中萧芙，微處理器的串口用于上位機(jī)的通訊给梅， 因此用AT89C52的I/O口模擬串口時(shí)序，完成對(duì)AD7730串口的讀寫操作双揪。讀寫AD7730片內(nèi)寄存器的數(shù)據(jù)時(shí)拯羽， 不用進(jìn)行倒序處理幢耍，簡(jiǎn)化串口數(shù)據(jù)讀寫的接口編程。

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