PASSIM卷煙機(jī)組是英國莫林斯公司設(shè)計(jì)的高速卷煙機(jī)^［1］。重量檢測系統(tǒng)是該卷煙機(jī)組中一個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)系統(tǒng)，他實(shí)時(shí)檢測每支煙的重量，實(shí)現(xiàn)對煙支重量控制、煙支剔除、數(shù)據(jù)顯示、故障告警等功能。
檢測煙支重量時(shí)，首先通過A/D變換器，將反映煙支重量的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，用數(shù)字的方式進(jìn)行處理。因此，為提高煙支檢測精度，采用高精度、高分辨率的A/D變換器成為其中的關(guān)鍵技術(shù)，他的性能直接影響重量檢測性能。
設(shè)計(jì)中采用12位的ADS774作為A/D變換器，下面對器件、變換電路設(shè)計(jì)及其工作原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1轉(zhuǎn)換器ADS774簡介
ADS774是BURRBROWN（BB）公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器^［2］，4種可選電壓范圍輸入：0 ～+10 V，0～+20，-5～+5 V和-10～+10 V，12位或8位可選輸出，單一+5 V供電。
他采用低功耗COMS工藝和新的電容陣列技術(shù)，包含有內(nèi)部時(shí)鐘、微處理器接口、三態(tài)輸出緩沖器以及若干組內(nèi)部可調(diào)阻抗，功耗最大為120 mW，轉(zhuǎn)換時(shí)間為t≤8.5 μs。
ADS774有5個(gè)輸入控制信號和CE），可以與大多數(shù)微處理器和其他數(shù)字系統(tǒng)直接相連接。
ADS774可以在2種模式下工作：一種是工作過程由微處理器控制，即所謂非獨(dú)立方式；一種是獨(dú)立運(yùn)行工作模式，即通過輸入觸發(fā)信號的采樣、保持和轉(zhuǎn)換。在PASSIM重量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用的是獨(dú)立運(yùn)行模式，其轉(zhuǎn)換過程只受信號控制。
2ADS774 在獨(dú)立運(yùn)行模式下的電路設(shè)計(jì)與工作原理
選擇0～+10 V單極性輸入，12位輸出，獨(dú)立運(yùn)行模式，ADS774電路設(shè)計(jì)見圖1所示。
圖1中CE，接‘高’狀態(tài)；A0接‘低’狀態(tài)，接轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入。輸出狀態(tài)信號STATUS連接鎖存器的LE（鎖存使能）端，輸出信號則與鎖存器輸入相連，鎖存器的輸出可直接連接到微處理器的數(shù)據(jù)總線。將接高電平，也就是要使12數(shù)據(jù)同時(shí)輸出。
端口12（雙向調(diào)節(jié)）與端口9（模擬公共地）相連，以實(shí)現(xiàn)單向操作。如果要實(shí)現(xiàn)雙向操作，可將端口12與端口8（+2.5 V參考）相連或與外部參考電壓相連。
根據(jù)狀態(tài)真值表，ADS774的4個(gè)邏輯狀態(tài)CE，和STATUS，當(dāng)CE為‘高’，為‘低’，為下降沿，STATUS為‘低’同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，ADS774開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，此時(shí)，輸出數(shù)據(jù)總線處于高阻狀態(tài)。

 當(dāng)CE為‘高’，為‘低’，為‘高’，STATUS為‘低’時(shí)，根據(jù)和A0的邏輯狀態(tài)，分2種情況將有效的數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上。當(dāng)信號線為高電平時(shí)，12位輸出線（DB0～DB11）同時(shí)有效，A0的變化不起作用；當(dāng)信號線為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)以2個(gè)8位字節(jié)的形式輸出，A0為低電平時(shí)，輸出高8位有效，當(dāng)A0為高電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)的低4位。
ADS774的設(shè)計(jì)特點(diǎn)保證了A0的可隨時(shí)輸入，并且不會(huì)對轉(zhuǎn)換器造成傷害。8個(gè)數(shù)據(jù)端也可以不同時(shí)有效。A0一般由地址線中不重要的位來驅(qū)動(dòng)，輸出數(shù)據(jù)可以存到2個(gè)具有連續(xù)地址的存儲(chǔ)單元中。

圖2中，端出現(xiàn)一個(gè)低電平時(shí)，三態(tài)輸出門處于高阻狀態(tài)，轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，才允許外部器件讀取結(jié)果。
圖3顯示，當(dāng)端出現(xiàn)一個(gè)高電平時(shí)，前次轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以從輸出端讀出。的下降沿啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，然后，三態(tài)輸出門重將處于高阻狀態(tài)，直到下一個(gè)低電平出現(xiàn)為止。
信號的下跳沿啟動(dòng)開始轉(zhuǎn)換，在有一正脈沖且狀態(tài)標(biāo)志為低時(shí)完成轉(zhuǎn)換，然后可在STATUS負(fù)脈沖出現(xiàn)時(shí)完成輸出，或由正脈沖完成輸出。在兩種情況下，為了使A/DC可靠實(shí)現(xiàn)采樣保持轉(zhuǎn)換，脈沖的低電平保持時(shí)間必須超過25 ns。
3ADS774在煙支重量檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用原理
ADS774作為高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用在了PASSIM卷煙機(jī)組的重量檢測系統(tǒng)中，他工作在獨(dú)立模式下，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換只受R/C信號控制，其原理框圖如圖4所示。

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模擬的重量信號為單極性0～10 V輸入，A/D轉(zhuǎn)換器在128ECP脈沖信號觸發(fā)下，完成對模擬信號的采樣保持和轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器的12位數(shù)據(jù)輸出，在轉(zhuǎn)換完成之后，由狀態(tài)信號STATUS進(jìn)行鎖定；鎖定輸出接微處理器的數(shù)據(jù)總線，并由微處理器讀入內(nèi)部存儲(chǔ)器進(jìn)行處理。
ECP為同步脈沖信號，一個(gè)ECP脈沖對應(yīng)一支煙。128ECP為ECP頻率的128倍，即一支煙對應(yīng)128個(gè)脈沖，也就是說，對每支煙進(jìn)行128次采樣和處理。
ADS774將每支煙的128次重量信號采樣值，以12位數(shù)字方式送到微處理器，微處理器根據(jù)128次采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)過擬合加權(quán)處理，計(jì)算出一支煙的平均重量。模擬信號是連續(xù)的，而數(shù)字信號是離散，采樣點(diǎn)越增多，擬合出的重量曲線越真實(shí)，計(jì)算出的重量也越準(zhǔn)確，提高采樣頻率，無疑可以提高處理精度。
ADS774為12位數(shù)據(jù)輸出，他的分辨率可達(dá)1/2¹²，精度很高。以每支煙800 mg標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，精度可達(dá)0.2 mg，因此，可以保證微處理器的的處理精度。
4設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
ADS774在使用中有一些需要注意的問題：
(1)ADS774的模擬地（9腳）和數(shù)字地（15腳）在內(nèi)部沒有連接，在印制板設(shè)計(jì)中，應(yīng)用盡可能短的線，分別將這兩端與公共地連接起來，將9腳和模擬地連接，將15腳和數(shù)字地連接。
如果一個(gè)系統(tǒng)的公共地不能明確確定，那么需要將9腳和15腳在ADS774處連接起來，用1根較寬的印制板線將連起來的線引到系統(tǒng)地上。這樣可以阻止引起來自輸入信號的供電電源的公共返回部分的電壓跳變。
(2)ADS774的轉(zhuǎn)換啟動(dòng)由3個(gè)邏輯輸入端（CE，和）的任何一個(gè)跳變決定的。當(dāng)3個(gè)信號中的最后一個(gè)到達(dá)所需狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)換開始，所以3個(gè)輸入要適時(shí)地控制。必要時(shí)，3個(gè)輸入要同時(shí)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，不管哪個(gè)輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，都要盡可能地縮短延時(shí)。如果想要利用一個(gè)信號單獨(dú)地啟動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)換，則另外2個(gè)信號至少要在啟動(dòng)信號轉(zhuǎn)變后的50 ns內(nèi)保持穩(wěn)定。
(3)ADS774的狀態(tài)輸出信號STATUS提供了轉(zhuǎn)換器當(dāng)前的狀態(tài)。當(dāng)狀態(tài)信號為高電平時(shí)，器件處在轉(zhuǎn)換中，此時(shí)三態(tài)輸出緩沖器處于高阻狀態(tài)，無法從輸出端讀出正確數(shù)據(jù)。在此期間，輸出線上的信號轉(zhuǎn)變將被忽略掉，以免影響轉(zhuǎn)換器的正常工作。
5結(jié)語
重量檢測是PASSIM卷煙機(jī)組電控系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，重量檢測的精度直接影響了煙支質(zhì)量和生產(chǎn)成本，因此要求高質(zhì)量的重量檢測十分重要。
實(shí)踐表明，本設(shè)計(jì)選用高精度ADS774數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以及對煙支重量信號進(jìn)行128次采樣，極大地提高了采樣精度和煙支重量檢測精度，在實(shí)際工作中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。