基本數(shù)學(xué)方法的線性傳感器與ADC接口設(shè)計(jì)

　　8位微型控制器的價(jià)格便宜、使用廣泛，因此在測(cè)量系統(tǒng)中加入“智能”設(shè)計(jì)變得越來(lái)越常見，并且可以使用現(xiàn)在通用的高級(jí)語(yǔ)言(例如C語(yǔ)言與Basic語(yǔ)言)進(jìn)行編程。通常，最大的難題是將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉衔⑿涂刂破髂?shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)輸入范圍的信號(hào)端電壓。

　　利用數(shù)學(xué)基本原理與系統(tǒng)化方法，我們可以很容易確定并設(shè)計(jì)出所需硬件。通常這種設(shè)計(jì)技術(shù)足以應(yīng)用于所有的線性傳感器。

　　對(duì)應(yīng)8位ADC的常用信號(hào)輸入范圍，設(shè)計(jì)中需將0℃到50℃溫度范圍轉(zhuǎn)換為0V到5V。此線性傳感器系統(tǒng)方程為：

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

　　其中VT是二極管的溫度信號(hào)。通過(guò)對(duì)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(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。

　　方程3表示信號(hào)調(diào)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(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì)方程，它的特性方程為：

　　對(duì)照設(shè)計(jì)方程(方程3)與特性方程(方程4)將所選元器件簡(jiǎn)化。反相加法器電路通過(guò)電阻比-RF/RI將增益設(shè)定為-50，偏移量由-(RF)VREF/ROFF設(shè)定為所需的33.5V。

　　通過(guò)使RNULL=RI，可以對(duì)任一溫度下的電路零點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。首先,測(cè)定VNULL并校準(zhǔn)50kV ROFF電位器電壓為-670mV,這是0℃時(shí)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(zhǔn)-50kV RF電位器使運(yùn)算放大器的輸出電壓符合系統(tǒng)方程：VO(24℃時(shí))=(100mV/℃)(24℃)=2.40V。