AD8321在高速数据采集系统中的应用

kajchild

[摘要]在计算机测量控制及信号处理中,数据采集起着十分重要的作用。在自动化程度较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制
放大器的增益，因此介绍了一种寬带宽、增益可数控的AD8321芯片，具有频带宽、噪声低、增益可编程且易于与单片机进行串行通信等优
点，十分适合在数据采集系统做前置放大。具体给出了芯片的管脚功能说明、内部结构、基本参数及与SPI接口连接，然后做出了在高速数
据采集系统中AD8321与MCS-51单片机的接口方法及软件程序。通过调试，得到了较好的应用，在费用方面也较廉价。
; N" q$ ]; i6 `2 L. V[关键词] AD8321; 高速数据采集系统; MCS-51单片机; SPI 接口
1引言
, C1 z5 M( n7 K+ N' ^
: J6 {+ n6 ?' v5 v. Z8 ]在计算机测量t、 控制及信号处理中，数据采集起着十分重要的作
; V5 l" T7 ^$ w( m用，数据采集是获取信息的一种重要的手段。随着科学技术的发展，数
( Y8 t1 z2 x( o$ ~据采集技术得到了越来越广泛的应用，同时人们对数据采集的各项技术
指标:如采样频率、分辨率、输入范園等方面提出了更高的要求，尤其
' _  D9 r/ W! j. |1 M( V3 v- G+ |是采样频率和分辨率是设计者和使用者共同关注的重要问题。于是高速
  _% u* g+ _  z和超高速数据采集系统应运而生并且得到了很大的发展。
在此系统中，高频模拟信号输入到AD8321,经程控放大后再输
1 \7 V( V( `0 `, ~) I* O送到具有采样/保持功能的模数转换器中。因为采样频率为高频，所以
4 y7 R! c" g6 s, O& Y+ L' S在AD后接-个RAM,将数据暂时存放在里面，然后再传送给计算
机。在信号调理模块的核心问题是如何确定放大增益，由计算机将所需
放大增益告知单片机，单片机再将控制字传给AD8321,从而在信号调
* J$ j6 K6 Y1 ^) x; l理模块输出合适的放大信号给数据采集模块。
在高速数据采集系统中，现场输入信号是高频的模拟信号，信号
4 [* ]2 h& c3 k! w* W: A2 s变化的范围都比较大，如果采用单-的增益放大，那么放大以后的信号
幅值有可能超过AD转换的量程，所以必须根据信号的变化相应地调
整放大器的增益。在自动化程度较高的系统中,希望能够在程序中用软
' E+ f2 C: z8 u/ b' ^8 N0 }+ Y件控制放大器的增益，AD8321 正是这样一-种具有增益可编程功能的
芯片。AD8321是美国ADI公司生产的一种增益可编程线驱动器，可
; y" W5 I+ q! R' B; m5 m广泛应用于多种领域。它具有频带宽、噪声低、增益可编程且易于与单
片机进行串行通信等优点，十分适合在数据采集系统做前置放大。
6 N: U  k6 Y6 a  j4 s2 AD8321介绍
: K6 C7 a5 B1 s0 S在我们的设计中选用该芯片是因为它具有两个很显著的优点: 1)带
, N! a1 t8 [+ ?& \宽高达235MHz,可充分满足高频信号很宽的输入范围; 2)增益可数
# l; j) i6 f! I/ _- d0 Q控。AD8321应用SPI接口技术与主控制器之间进行通信,便于调试。
; V; N" Z! ^" l  i0 H21 AD8321 引脚介绍
DIP封装的AD8321的引脚排列见图2,其管脚描述见表1。22 AD8321 的内部结构及基本连接
AD8321在前向模式下由4个模拟功能模块组成，即衰减中心、
数据锁存器、数据移位寄存器和放大器。前向放大器可允许单端或多端
输入，并可提供最大为12dB的衰减。如果输入被用在不同的组态上，
: L' m7 A- f% L那么，输入信号必须180度异相且为相同的幅度，这能确保适当的增
2 i: h+ X, n* N9 c- W益精度和谐波性能。
在AD8321的应用中要注意以下几点:
1)应给AD8321提供优质(如低噪) 的单个9V电源。尽管
; ~( j5 r" M1 `1 ]  ~4 j" RAD8321电路在低于9V时能运行,但是不会有最佳的性能。
1 g7 U+ v- T+ [# w+ t2)在AD8321的电源输入端应接一10uF的电容为低频信号退
6 t8 r0 e' S" a  e耦。更重要的是，5个0.1uF退耦电容必须连在5个电源端
  H6 S6 w: ?, o. ]4 l: W. s, M7 P# [7,8,9,17,20上。一个0.1uF电容应P12连至管脚BYP1和
BYP2为器件的内部接点去耦，所有的六个地端必须接到公共地上。

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AD8321芯片，具有频带宽、噪声低、增益可编程且易于与单片机进行串行通信等优
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