主流仪表放大器芯片学习详解(1):AD620 六

1．5 A/D转换的实现

　　前面提到STC12C5A60S2是一款具有A/D转换功能的单片机，具有使用方便、简单、功能多等特点，其A/D转换最快只需90个时钟周期（和其工作频率有关），本系统采用其实现A/D转换。

　　STC12C5A60S2 将P1口作为8路A/D转换输入接口，在使用时只需将其设置为模拟接口，通过设置相应寄存器，便可完成A/D转换，不使用的管脚还仍可当普通管脚使用。本系统实现一路输入信号的A/D转换，因此只需设置一路即可，在本系统中使用P1．0口作为信号输入口。本系统实现A/D转换的原理如图5所示。

　　1. 6 后续工作

　　在AD完成后，还需进行数据分析，一般可以通过通信口（一般采用串口）发送给上位机，通过上位机对数据进行处理。根据具体系统的不同特点，数据处理方法也不尽相同，在此不做详细讨论。

　　本系统对不同大小的信号进行A/D转换后，获取到了一系列实际数据和理论数据，如表1所示。

通过Excel对A/D数据进行曲线绘制，发现系统A/D转换器具有较好的线性度。如图6所示。

　　2 实际应用

　　上文较详细的讨论了小信号的调理，A/D转换，及其处理方法，下面通过实例介绍其具体应用。

　　电阻应变片作为一种传感元件，常用来监测物体形变，一般将应变片贴在构件侧点上，构件受力后由于测点发生应变，电阻发生变化，产生微弱的电压变化，通过检测微弱的电压变化，可计算得到构件形变程度，从而达到监测构件状况的目的，指导相关工程人员进行处理。

　　本系统可应用在电桥产生的电压，一个电桥示意图如图7所示，图中R4、R3、R1、R2，为电桥4臂，R4、R3为阻抗大小固定电阻，R1、R2中一个为受力后阻值发生变化的电阻，R4、R3阻值大小相同，R1、R2未受力时阻值大小也相同。在未受力情况下，电桥3、4两点等电位，即电势差为0，如果将其作为AD620输入，则认为输入信号为0，称此时的电桥平衡。当R1或R2受力大小发生变化时，变化结果反映在其阻值上，通过欧姆定律可得，3、4两点电位不一样，即有电势差产生，此时电桥失衡，但此时的信号很微弱，不能直接采集，因此通过文中提到的信号调理电路，进行信号放大，即将电桥中3、4两点接入 AD620的2、3脚，通过放大后，然后进行A/D采集。

　　本系统在仿真时，使用自己搭建的简易电桥，如图8所示。

　　通过调节图中R2，产生不同的微弱信号，将简易电桥1，2端接入信号调理电路，后经A/D转换，即可实现微弱信号采集。简易电桥中1，2端对应图中3，4端。在此次模拟时，调节R2，使1，2两端产生约5．35 mV，调节信号调理电路中的外接电阻至160．7Ω，计算可得放大倍数约为308．4倍，A/D参考电压为4．256 V，通过测量AD620输出可得，电压大小为1．645 V，计算可得放大倍数G=1．647 V/5．35mV≈308，可知，放大效果良好（去除放大效果后，误差只有nV级）。通过多次A/D转换．返回结果均在0x018B左右，证明系统具有较高可信度（在实际系统中已有运用）。

　　3 结论

　　从芯片选型，电路设计等方便详细说明了小信号的采集系统的设计与实现：8位单片机STC12C5A60S2作为控制器和 A/D转换器；以AD620作为信号调理电路主芯片；以ICL7660S芯片为负电压产生芯片；电桥原理等。通过测试，很好地实现了功能，在实际系统中出色地完成了预期目标，具有一定实用价值。