一个高精度24位ADC芯片ADS1222的使用方法及参考电路

发表于 2023-10-1 20:56

前一段时间，在做单片机、PLC、电路板、控制器/箱、仪器仪表、机电设备或系统、自动化、工控、传感、数据采集、自控系统、控制系统，物联网，电子产品，软件、APP开发设计定制定做开发项目时，有要求用到24位的高精度ADC，用于对外部信号采集。
经查阅，初步获得一款满足要求的芯片：ADS1222，本文就介绍该芯片及其使用方法。

ADS1222是一个2通道、24位、Δ-∑-对数-数字（A/D）转换器。它在TSSOP-14封装中提供了出色的性能和低功耗。这个ADS1222非常适合要求苛刻的高分辨率测量，尤其是在便携式系统以及其他节省空间和功率受限的应用中。Δ-∑调制器和数字滤波器构成基础A/D转换器。模拟调制器具有±5V差分输入范围。输入多路复用器（mux）是用于在两个单独的差分输入之间进行选择通道。可以选择一个缓冲区来增加输入测量阻抗。一个简单的2线串行接口提供了所有必要的控制。数据检索、自校准和待机模式只需几个简单的波形。当仅需要单个转换时，ADS1222可以快速关闭（待机模式）在两次测量之间处于空闲状态时降低了整体功耗，ADS1222s可以连接在一起以创建同步采样多通道测量系统，ADS1222设计用于轻松连接诸如MSP430的微控制器。ADS1222支持2.7V至5.5V电源。在3V操作中功耗通常小于1mW，待机模式下为1µW。
主要特点有：
⭕带4MHz时钟的240SPS数据速率；
⭕20位有效分辨率；
⭕双差分输入复用器通道；
⭕引脚可选择，高阻抗输入缓冲器；
⭕±5V差分输入范围，建议在GND+0.05V至VDD−1.5V之间，超出会降低精度；
⭕0.0003%INL（典型值），0.0015%INL（最大值）；
⭕自校准；
⭕简单的2线串行接口；
⭕片上温度传感器；
⭕待机模式下的单次转换；
⭕低电流消耗：300µA；
⭕模拟电源：2.7V至5.5V；
应用场景：
⭕手持式仪器；
⭕便携式设备；
⭕工业过程控制；
⭕磅秤等。
1、封装及引脚说明

2、参考电路

ADS1222支持5V供电电源，将VDD接直流电源正极，GND接直流电源负极。
CLK给予一定频率的脉冲信号给ADS1222，为TTL电平，一般为2MHz.
一般不用片上温度传感器，那么TEMPEN接0 (0V)，选择接入外部模拟量通道。
一般需要开启缓冲器以获得高输入阻抗，那么BUFEN接1（5V).
参考电压一般接高精度2.5V。
3、使用说明
ADS1222输入的模拟量电压在GND + 0.05V to VDD − 1.5V范围内拥有较高的精度，超出这个范围则精度降低。
其一般使用流程如下：
（1）通道选择
ADS1222是双通道的模数转换器，每个芯片里面有2路模拟量输入通道，在使用时，首先得选择通道，设置引脚MUX则可选择通道。
MUX接0（0V），表示选择通道1，MUX接1（5V），表示选择通道2.
（2）等待转换完成
将SCLK引脚拉低，并监测DRDY/DOUT引脚的电平，当其为0时，表示ADC转换完成。
（3）读取数据
a,只读取数据，需要24个脉冲
数据在串行时钟SCLK的驱动下输出，先输出数据的高位，然后输出数据的低位，直到把全部24位数据输出完。此时需在SCLK的下降沿后读取数据，ADS1222在每个SCLK脉冲时输出一位数据。
在第24个SCLK脉冲时SCLK保持为高，那么ADS1222则进入待机模式。

b,读取数据后强制DRDY/DOUT引脚为高，需要25个脉冲
在前面24位数据输出完后，SCLK再给一个脉冲，ADS1222将强制DRDY/DOUT引脚为高。

c,ADS1222自校准，需要26个脉冲

（4）数据解析
ADS1222的数据采用二进制补码的方式存储的，为24位，传输时高位在前。最高位为符号位，0为正数，1为负数。当获得的数据为正数时，原码即补码，当为负数时，原码等于除符号位以外的数据位全部取反后加一。

当模拟量输入电压为2倍参考电压（一般5V）时，输出的数据为（7FFFFFh，二进制为0111 1111 1111 1111 1111 1111），可知符号位为0为正数，正数的补码即原码，其余为全为1表示测量为正电压的最大值5V。
当模拟量输入电压为0V时，输出的数据为（000000h，二进制为0000 0000  0000 0000 0000 0000），可知符号位为0为正数，正数的补码即原码，其余为全为0表示测量为0V。
当模拟量输入电压约为2倍负参考电压时，输出的数据为（800000h，二进制为1000 0000  0000 0000 0000 0000），可知符号位为1为负数，将补码转换为原码，为1 1000 0000 0000 0000 0000 0000（对于此数，负数的补码求原码后，数据变成25位（1位符号位+24位数据位）），表示测量为负电压的最小值约-5V。
ADS1222说的是24位分辨率传感器，但是其最高位是符号位，实际来说只有23位分辨率。业务:3w点yonko-tech点com
4、       参考程序
一个单片机C语言的参考程序如下：
sbit DOUT=P1^0;
sbit SCLK =P1^1;
sbit MUX1222 =P1^2;
unsigned long adc_convert_ch0()       //通道0的AD转换程序
{
unsigned long xdata adc_result=0;
unsigned char i=0;
unsigned char j=0;
//复位ADS1222
SCLK1222=0;             //拉低SCLK
MUX1222=1;
delayus(1);    //软件延时1us,其实延时100ns即可覆盖大部分场景
MUX1222=0;                      //复位并选择低位的通道（mux由1变为0，表示通道复位+选择通道0.假如是选择通道1，那么mux引脚先0后1即可）
delayus(1);
//等待转换完成。业务:3w点yonko-tech点com,扣扣：二五三一26三七二六
while(DOUT ==1)       //当DRDY/DOUT =0时转换完成
{ delayms(1);
j++;
if(j>=20) break;//等了20ms还没转换完成，退出等待
}
if(j<20) //只有转换时间小于20ms的才正确，才读取
{
//获取数据
for(i=0;i<24;i++)                //读取数据，0-23共24个数据位
      {
      SCLK1222=0;                      //拉低SCLK
      delayus(1);
      SCLK1222=1;                //拉高SCLK
      delayus(1);
      adc_result=adc_result<<1;
      if(DOUT==1)
            {adc_result=adc_result | 0x00000001UL;}
      else
            {adc_result=adc_result & (~0x00000001UL);}
      }
//输出第25个脉冲，强制DRDY/DOUT为高
SCLK1222=0;       //拉低SCLK
delayus(1);
SCLK1222=1;  //拉高SCLK
delayus(1);
SCLK1222=0;  //拉低SCLK
delayus(1);
return       adc_result;
}
}
//说明：以上程序是按照数据表编写的，还没来得及上芯片验证，仅供参考。
本文来自于对手册的解析，可能有误，详细的使用说明可查阅ADS1222的原版手册（ADS1222_datasheet）。
沙鸥于成都
参考文献：
[1] ADS1222数据表（ADS1222_datasheet）

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