1. 概述

AD7731是美國ADI公司開發的具有低噪聲、高通過率等特性的∑－Δ模數轉換器。它可直接接收來自傳感器的輸入信號，適合于測量具有廣泛動態范圍的低頻信號，可廣泛應用于應變測量、溫度測量、壓力測量及工業過程控制等領域。

AD7731可以作為過程控制應用的完整模擬前端，其獨特的前端增益可編程功能允許AD7731直接接受來自傳感器（如壓力傳感器或溫度傳感器）的各種范圍的輸入信號。AD7731采用三線模式串行接口，易于與微處理器或數字信號處理器接口，可廣泛應用于數據采集系統和可編程邏輯控制系統。AD7731內含12個片內寄存器，通過串行口訪問這些片內寄存器可以靈活設置器件的工作方。

AD7731具有如下特性：

●分辨率高，AD7731采用先進的∑－Δ結構，能夠獲得24位分辨率；輸出頻率為800Hz時，仍可獲得16位的分辨率；

●輸入動態范圍廣，采用緩沖差分輸入，具有三個差分輸入通道或五個單端輸入通道；

●采用單電源供電；

●片內數字濾波器的截止頻率可編程；

●內置可編程增益放大器（PGA）；

●通道順序可工作于FASTStep模式下；

●輸出頻率可編程，最高可達6.4kHz；

●±0.0015％非線性；

●AD7731具有比傳統的高分辨率模數轉換器更高的抗噪聲能力。

AD7731的封裝形式有三種：24腳塑料DIP封裝、24腳SOIC封裝和24腳TSSOP封裝。圖1中標出了各主要引腳的功能和引腳號。表1給出了AD7731的引腳功能說明。

2. 工作原理

AD7731的內部結構功能框圖如圖1所示，從圖1可以看出：AD7731內部包含Σ－ΔADC、靜態RAM的定標微控制器、寄存器組、時鐘振蕩電路、數字濾波器和雙向串行通訊端口等。

AD7731的可編程功能是通過12個片內寄存器來控制的，而對這些寄存器的訪問則是通過串行接口來進行的。通過設置片內寄存器可以方便地控制AD7731的所有功能，并且還可以從片內寄存器中獲取重要的狀態信息以及模數轉換結果。

3. 應用舉例

由于AD7731模擬輸入和參考輸入都是差分輸入，因此在模擬調制器上的大多數電壓是共模電壓。AD7731杰出的共模抑制功能可以濾除所有輸入上的共模噪聲。它的模擬電路和數字電路的供電電源是相互獨立的，而且分別有相應的外部引腳，這樣可以使模擬部分和數字部分的耦合最小化。數字濾波器能夠有效濾除供電電源上的寬帶噪聲（除了在調制器取樣頻率的整數倍上）。倘若噪聲源不使模擬調制飽和，數字濾波器也能起到把噪聲從模擬輸入和參考輸入上濾除的作用。因此，AD7731具有比傳統的高分辨率模數轉換器更高的抗噪聲能力。此外片內PAG允許AD7731處理從20mV到1.28V到模擬輸入電壓范圍。因此AD7731可直接處理來自傳感器的信號，非常適合于低帶通、高分辨率的數據采集系統。

圖2是利用AD7731模數轉換器與8XC51單片機構成的一個高精度數據采集系統的電路連接原理圖。由于8XC5單片機1是工作在模式0串行接口模式下，其串行接口只包含一條數據線，因此AD7731的兩個引腳DATA OUT 和DATA IN必須連接在一塊，且在串行通信時AD7731必須采用連續讀取操作模式。如果要判斷數據寄存器的內容是否已經更新，可以采用以下兩種方案之一：（1） 通過軟件編程的方法，監測狀態寄存器的RDY位的狀態。（2）增加接口線，監測來自AD7731的 輸出線的狀態。可以將RDY與8XC51端口中的一個（如P1.0輸入端）進行連接，利用該端口位決定RDY的狀態。也可以利用8XC51的一個輸出端口（如P1.1） 控制AD7731的片選信號。此外，如果AD7731的模擬輸入端的模擬輸入電壓均為正極性，則整個系統的電源可以只由單個5V提供。

由于AD7731上的串行時鐘在數據傳輸之間為高電平，因此必須把AD7731的POL輸入引腳硬連接為邏輯高電平。此外需注意AD7731與8XC51的數據字傳輸順序是相反的，即在寫操作中8XC51首先輸出低有效字節，而AD7731總是先接受高有效字節，因此在數據被寫入AD7731的輸出串行寄存器之前必須重新安排數據的傳輸順序；與此類似，在讀操作中AD7731首先輸出高有效字節，而8XC51先接受低有效字節，因此，來自AD7731的數據在載入8XC51的累加器之前也必須重新安排數據的傳輸順序。

責任編輯：gt