用PIC16C73單片機(jī)實(shí)現(xiàn)十二位A/D轉(zhuǎn)換器
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為監(jiān)測海洋生態(tài)環(huán)境，研制了用于海水有機(jī)磷農(nóng)藥現(xiàn)場監(jiān)測的生物傳感器。為測定生物傳感器的信號，使傳感器可用于船載及臺站的海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)場自動監(jiān)測，需要對整個(gè)的采樣和排液裝置進(jìn)行控制以及對傳感器來的信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集處理，形成有機(jī)磷的濃度傳給上位機(jī)。為此，開發(fā)了以PIC16C73單片機(jī)為核心的小型測控儀器，很好的完成了上述功能。PIC1673單片機(jī)自帶8位的A/D轉(zhuǎn)換器，但不能滿足系統(tǒng)對精度的要求，本設(shè)計(jì)在單片機(jī)自帶8位A/D基礎(chǔ)上加少量的硬件和軟件開銷，使其擴(kuò)展為十二位A/D轉(zhuǎn)換器，滿足了系統(tǒng)的要求。
2 系統(tǒng)構(gòu)成原理
PIC16C73單片機(jī)最大的特點(diǎn)是自帶8位A/D轉(zhuǎn)換部件，共有5路A/D通道模擬輸入。這些多通道模擬輸入共用一個(gè)采樣/保持電路，采樣/保持電路的輸出是A/D轉(zhuǎn)換器的輸入。A/D轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近法進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。其模擬基準(zhǔn)電壓可軟件編程選擇，即從RA3/VREF引腳上外加電壓值，以滿足更高轉(zhuǎn)換精度的需要。
2.1采樣系統(tǒng)的硬件原理
在本應(yīng)用中，我們用RA0口作為濃度電壓信號模擬輸入通道。為了減小模擬電壓信號高頻部分的影響，我們在RA0口前接了一高頻濾波電路，濾除高頻部分的干擾信號。整個(gè)海
水樣品數(shù)據(jù)采集部分由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路,傳感器前置偏移調(diào)整電路和擴(kuò)展十二位A/D轉(zhuǎn)換器電路組成。
2.1.1基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路
A/D轉(zhuǎn)換精度首先要依賴于有高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)參考電壓，調(diào)節(jié)芯片為LM336-2.5,其動態(tài)電阻的典型值為0.2Ω，且溫度穩(wěn)定度很高，在常溫25℃時(shí)，幾乎不隨溫度的改變而變化。其應(yīng)用電路如圖1，調(diào)節(jié)VR1使輸出的基準(zhǔn)電壓VREF為2.55V。
2.1.2 傳感器前置偏移調(diào)整電路
由于本系統(tǒng)所采用的電位型生物傳感器可以等效為一個(gè)電壓源與輸出阻抗的并聯(lián)，其輸出阻抗很高，可達(dá),遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)信號放大電路的輸入阻抗。如果直接連接，阻抗不匹配，將很難得到準(zhǔn)確的電壓信號。同時(shí)，海水有機(jī)磷生物傳感器輸出的電壓信號,其范圍是-204.8mV到+204.7mV,而單片機(jī)A/D采集的模擬輸入電壓必須在 VDD與VSS之間，信號不符合A/D輸入模擬電壓的要求。因此，在放大電路前，設(shè)計(jì)了一級傳感器前置偏移調(diào)整電路，如圖2所示。
其中由運(yùn)算放大器U2組成射極跟隨器，進(jìn)行阻抗變換。運(yùn)算放大器選用7650，其共模輸入阻抗高達(dá)可達(dá)，故轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的的輸入阻抗可達(dá)，輸出阻抗很小，可以保證傳感器電位差信號不衰減的傳輸至跟隨器的輸出端。采用 U3組成的加法器調(diào)整電壓的范圍，調(diào)整VR35和VR37使OUT端的輸出電壓范圍為0～-0.4095V，再經(jīng)下一級放大傳輸至A/D輸入端。
2.1.3 十二位A/D轉(zhuǎn)換器擴(kuò)展電路
因PIC1673B內(nèi)部自帶的8位A/D轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近法進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，所以實(shí)現(xiàn)精度擴(kuò)展的電路也采用逐次逼近的方法。硬件原理如圖3所示,由精密運(yùn)放ICL7650,模擬開關(guān)74HCT4066及精密可調(diào)電阻組成。
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