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，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，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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