六通道數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的研制

由上式看出，要改變INA118的放大倍數(shù)，只要改變Rg的大小即可。在實(shí)際電路中，Rg采用一只1KΩ的精密電位器構(gòu)成放大倍數(shù)可調(diào)的放大電路，如圖3所示。

由于系統(tǒng)要對(duì)來(lái)自六個(gè)傳感器的信號(hào)分別進(jìn)行放大，所以使用了六片INA118（U1~U6）組成六通道信號(hào)放大電路。六片INA118的反向輸入端 VIN-分別通過(guò)J1接線口的第1~6腳接六個(gè)傳感器的信號(hào)輸出端；正向輸入端則并接在一起，通過(guò)J1口的第8~10腳接到六個(gè)傳感器的另一端，同時(shí)通過(guò)一個(gè)1KΩ的電阻接地，以降低共模輸入分量，提高放大器的放大精度。

電位器W1~W6是電壓放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電位器，可根據(jù)需要分別對(duì)U1~U6的放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)中分別把六個(gè)通道的放大倍數(shù)都預(yù)設(shè)為–200倍。 U1~U6的輸出端Vo1~Vo6分別接到A/D轉(zhuǎn)換器U7的AIN0~AIN5六個(gè)輸入端，以便把放大后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用德州儀器公司開發(fā)的串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543，它是一種11通道、12位、高精度（最大±1/4096的線性誤差）、快速（在工作溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs）的模數(shù)轉(zhuǎn)換器[3]，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

TLC2543內(nèi)部由通道選擇器、輸入地址寄存器、采樣保持電路、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸出寄存器、并→串轉(zhuǎn)換器以及控制邏輯電路等7個(gè)部分組成。通道選擇器根據(jù)輸入地址寄存器中存放的地址選擇輸入通道，并將輸入通道中的信號(hào)送到采樣保持電路中，然后在12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器中將采樣的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，存放到輸出寄存器中，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)并行→串行轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，由DOUT端輸出到微處理器中。

圖4 TLC2543內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。TLC2543的模擬信號(hào)輸入端AIN0~AIN5分別接六路來(lái)自INA118的電壓信號(hào)Vo1~Vo6，各路信號(hào)的選擇通過(guò)編程設(shè)定；AIN6~AIN10以及負(fù)參考電壓端REF-都接地。 為片選信號(hào)輸入端，片選信號(hào)來(lái)自單片計(jì)算機(jī)AT892051的P1.7腳（該信號(hào)由軟件編程產(chǎn)生），當(dāng) 為低電平時(shí)，允許TLC2543輸入輸出數(shù)據(jù)，當(dāng) 為高電平時(shí)禁止其輸入輸出數(shù)據(jù)；DOUT為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端，轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到單片計(jì)算機(jī)AT892051的P1.6端，輸出方式可由高位到低位逐位輸出，也可由低位到高位逐位輸出，具體方式由編程確定；DIN為串行數(shù)據(jù)輸入端，來(lái)自單片機(jī)P1.5腳的命令字（含通道選擇、輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、輸出順序、極性選擇等信息）由此端輸入，輸入方式為先高位后低位。SCLK為輸入輸出同步時(shí)鐘端，該時(shí)鐘信號(hào)來(lái)自AT892051的P1.4腳（信號(hào)通過(guò)軟件編程產(chǎn)生）；當(dāng)數(shù)據(jù)傳送開始后，每個(gè)SCLK信號(hào)的上升沿，由單片機(jī)向TLC2543輸入一位命令字（前8個(gè)上升沿），同時(shí)由TLC2543向單片機(jī)輸出一位轉(zhuǎn)換結(jié)果（前 8、12或16個(gè)上升沿）。TLC2543的正參考電壓端REF+接+3.0V標(biāo)準(zhǔn)電壓。