第五章 传感器信号放大电路
图5-5 测量放大器原理图
Fig 5-5 Survey amplifier schematic diagram
2Rf1Rw的增益，而共模信号仅有1倍的增益。因此，前级将差模信号与共模信号之比提
2Rf1高了倍。即使后级运放A3的CMMR只有104，电阻的匹配精度只有0.9%左右，
Rw这种电路的突出特点是，差模信号在A1、A2组成的前级电路获得K1?1?而整个电路的共模抑制比仍然可以达到106，基本上满足了要求。
只要运放A1、A2性能对称（主要输入阻抗和电压增益对称），其漂移将大大减小，具有高输入阻抗和高共模抑制比，对微小的差模电压很敏感，并适用于测量远距离传输过来的信号，因而十分适宜与微小信号输出的传感器配合使用。Rw是用来调整放大倍数的外接电阻，最好用多圈电位器。
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第六章 A/D转换电路
传感器将非电物理量转换成电量，电量再经放大电路输出。因输出的信号往往为模拟量，必须经过处理转换为数字量才能显示、计算等。这种实现模拟量到数字量转换的电路称为A/D转化电路。A/D转换器是智能仪表和微型计算机控制系统的基本部件，它直接关系到测量的准确度、分辨率和速度，关系到控制系统的精确程度。
6.1 A/D转换电路的选择
A/D转换包括采样、量化、编码三个阶段，其分类方法很多，按转换方式来分，可分为直接法和间接法两种。实际应用中一般选用逐次比较型和双积分型，前者属于直接法，后者属于间接法。比较而言，双积分型具有电路简单，价格低廉，线性好，精度高，稳定性好，抗干扰（特别是噪声）能力强，交换时间长（一般在几微秒至几百微秒之间）。
1因此本设计选用双积分型A/D转换电路，具体芯片型号选用ICL7135（4位双积分，精
2度相当于十四位二进制数）。
6.1.1 A/D转换电路的主要参数
选择A/D转换电路时，要考虑到以下几点：
1.输入通道数 在需要测定多个信号的场合，A/D转换电路通常利用多路开关来转换输入通道。一个多路转换器可多达16个通道。
2.输入电压范围 A/D转换器自身的输入电压范围一般在0～＋5V，0～＋10V，-5～＋5V,-10～＋10V之间，因此，当电压超出上述各个范围时，应附加衰减器或放大器。
3.转换时间 A/D转换需要一定时间，因此，对能处理的模拟信号频率范围和在一定时间中可转换的信号数有限制。
4.转换方式 A/D转换方式有很多种，其转换精度、速度（转换时间）等特征各异。
5.分辨率 用二进制信息单位来表示输入的模拟信号，若用8位，分辨率为全量程的1/256，12位为1/4096；分辨率以下的值不能表示出，称为量子误差。
6.非线性精度 构成A/D转换器的电路元件的精度、温度系数和漂移等因素会产生误差，使输入输出偏离直线关系，用非线性精度来表示。
7.数字-接口方式 根据是并行输出还是串行输出，是否是输出数据锁定内藏型，是否是I/O地址上分配存储单元以及是否使用存储器寻址等不同情况进行设计。
6.1.2 双积分A/D转换电路的工作原理
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第七章 单片机系统
双积分型A/D转换电路是基于间接测量原理，将被测电压值转换成时间常数，由测量时间常数得到未知电压值的，其原理如图4-1所示。它由电子开关、积分器、比较器、计数器、逻辑控制门等部件组成。其工作过程有两个阶段： 1.采样阶段
控制电路将电子开关与模拟输入电压Ui接通，积分器对Ui进行积分，同时使时钟脉冲记数门打开。计数器记数，经过一段时间T1后，计数器达到满限量N1值，计数器清零，发出溢出脉冲，它使控制逻辑发信号将电子开关接向与Ui极性相反的参考电压UR，采样结束。对应于图6-1（b）上升直线阶段。
(a)
输出 Ur Ui t Uox t T1 T2 t N1 N2 （b） 图6-1 双积分型A/D转换电路原理图
Fig 6-1 Double integral A/D converter circuit schematic diagram
2.测量阶段
当电子开关接向UR后，积分器反向积分，同时记数又从零开始，当积分器至
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零时，零位比较器动作，发出关门信号，记数停止，并记忆，然后可经译码后显示，或直接送出，对应于图6-1（b）下降图线。
从上述过程可见，N2取决于Uox，Uox取决于Ui，故N2取决于Ui，关系式为：
1T1采样阶段： Uox=-Ui?dt RC?01T1而Ui在T1期间的平均值为： Uiav=?Ui?dt
T10T因此，有： Uox=-1Uiav
RC一般，Ui与UR符号相反，因此，有：
T Uox?1Uiav
RC测量阶段：
T1T2URdt=0 ? 1Uiav??0RCRC? T2=Uiav?T1/UR?
? N2/N1?T2/T1
UN? N2=iav1
UR最终结果表明：计数器输出的数字量正比于模拟输入电压的平均值。
6.2 A/D转换芯片的选择
在选用A/D芯片时，除满足使用要求的各项技术指标外，还必须掌握数字输出的方式和对启动信号的要求。
1本设计要求输出4位数码显示，故选用ICL7135芯片，它是美国Intersil
21公司生产的高精度4位、通用型CMOS双积分型A/D转换器,提供?20000的计数
2分辨率,是目前国内市场上广泛流行的单片集成4位半双积分A/D转换器。具有双极性高阻抗差动输入、自动调零、自动极性输出和超量程判别等功能，其输出是动态分时的BCD码，而且提供控制转换端和状态输出端，方便与微处理器或驱动芯片连接。
6.2.1 四位半双积分型A/D转换器ICL7135
ICL7135双积分型A/D转换器是在单极性参考电压（VREF?1V）供给之下，对双极性输入的模拟电压进行A/D转换，并输出自动极性判别信号。
它具有以下特点：
（1）最大显示值为19999，最小分辨力为100?V。 （2）采用?5V供电，工作电流为3mA。 （3）只要求单一外接基准电压
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第七章 单片机系统
（4）能够自校零，保证VIN?0V时读数为零。有适用于自动转换量程的超量程和欠量程信号，能够闪烁显示方式表示超量程状态。
图 6-2 ICL7135引脚分布图 Fig 6-2 The picture of ICL7135
（5）典型时钟频率F0?200KHz，转换速度为3次/s （6）输入阻抗大于1000M?，输入电流典型值为1pA （7）允许差分输入
（8）零读数最大漂移为2?V/?C
ICL7135 各引脚功能简介如下：
V- —负电源输入端，电压为-3V～-8V；
VREF —基准电源输入端，基准电压为1V，它的精度和稳定性将直接影响转换精度；
ANALOG COMMON —模拟地； DIGITAL GND —数字地； INTOUT —积分器输出端； AZIN —调零输入端；
BUFFOUT —缓冲放大器输出端；
REFCAP- 及REFCAP＋ —外接基准电容CREF； INLO —信号输入端（低端）； INHO —信号输入端（高端）； V＋ —正电源输入端，通常为＋5V；
CLK —时钟输入端，工作于双极性情况，时钟最高频率为125KHz，这时转换速度为3次/s左右；如果输入信号为单极性的，则时钟频率可增加到1MHz，这
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