基本數(shù)學方法的線性傳感器與ADC接口設計

　　8位微型控制器的價格便宜、使用廣泛，因此在測量系統(tǒng)中加入“智能”設計變得越來越常見，并且可以使用現(xiàn)在通用的高級語言(例如C語言與Basic語言)進行編程。通常，最大的難題是將傳感器的輸出信號轉變?yōu)榉衔⑿涂刂破髂?shù)轉換器(ADC)輸入范圍的信號端電壓。

　　利用數(shù)學基本原理與系統(tǒng)化方法，我們可以很容易確定并設計出所需硬件。通常這種設計技術足以應用于所有的線性傳感器。

　　對應8位ADC的常用信號輸入范圍，設計中需將0℃到50℃溫度范圍轉換為0V到5V。此線性傳感器系統(tǒng)方程為：

　　如果我們選用價格便宜的1N914A硅二極管作為溫度傳感器，我們可以通過此類半導體熱敏元件的典型方程描述這種傳感器的線性特點。

　　其中VT是二極管的溫度信號。通過對方程2的溫度T求解并帶入系統(tǒng)方程1，我們可以得到信號調理電路的設計方程，此方程可以表示出傳感器到微型控制器ADC輸入之間所需的電路結構。

　　方程3表示信號調理電路必須將VT放大-50倍并偏移33.5V。圖中所示電路可以實現(xiàn)此設計方程，它的特性方程為：

　　對照設計方程(方程3)與特性方程(方程4)將所選元器件簡化。反相加法器電路通過電阻比-RF/RI將增益設定為-50，偏移量由-(RF)VREF/ROFF設定為所需的33.5V。

　　通過使RNULL=RI，可以對任一溫度下的電路零點進行校準。首先,測定VNULL并校準50kV ROFF電位器電壓為-670mV,這是0℃時傳感器的輸出電壓。然后，保持傳感器穩(wěn)定在一定溫度下(例如24℃)，校準-50kV RF電位器使運算放大器的輸出電壓符合系統(tǒng)方程：VO(24℃時)=(100mV/℃)(24℃)=2.40V。