中北大学信息商务学院2012届毕业论文
ADXL150虽然内部已经有放大电路、滤波电路和缓冲输出电路，但其输出的信号的幅值仍然很小，不利于后级电路处理和A/D转换。所以在ADXL150输出端连接了放大电路。放大电路中使用一片LM358AN。具体电路如图3.7所示。
图中V1为ADXL150的Ｖ1信号输出端口。LM358AN为反相放大器，电路中R1=91K、R4=4.7K所以此电路为经典反相放大电路，其增益系数为R1/R4=19.4。LM358AN构成了一个放大倍数为19.4倍的反相放大电路，将ADXL150的输出端口的信号放大并反相，使波形与ADXL150原始输出方向相同。
图3.7 放大电路
3.2.3 双向检波电路
加速度传感器输出振动信号经放大电路放大后输出为无规则信号，无法为单片机提供中断触发信号。所以要将放大电路输出信号经过双向检波电路和电压比较电路才能够为单片机提供中断触发信号和A/D采集控制电平[8]。所以要将放大电路输出再经过双向检波电路使波形变的更加平滑，如图3.8所示。
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图3.8 双向检波电路
V2接图3.6中的输出信号V2，此电路中二极管D1、D2起到检波作用。当输入信号V2为正极性时，D1导通，D2截止，当输入信号V2为负极性时，D1导通，D2截止，再经过LM358构成的差动放大器输出信号将更加平滑，差动放大器的输入信号为两个检波信号的差，经LM358放大器后输出信号与输入信号的关系为：
U0?R2?UD1?UD2? （式3.1） R63.2.4 电压比较电路
经双向检波电路输出的波形还不能直接输入AT89C51单片机，为单片机提供中断触发控制信号。必须要经过一个电压比较电路，如图3.9所示。
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图3.9 电压比较电路
本电路中使用LM393构成电压比较电路，双向检波输出信号由LM393的2端输入，电位器R12调节触发电压输入3端。由1端经过一个10kΩ的上拉电阻为AT89C51单片机提供中断触发信号和采集控制电平。AT89C51单片机进入中断后启动A/D采集，采集多长时间由单片机根据振动平台的振动频率决定[9]。 3.2.5 A/D转换电路
在系统控制和数据采集中，经常遇到数值随时间连续变化的物理量，这种连续变化的物理量，称为模拟量，与此相对应的电信号是模拟电信号。显然，模拟量要输入到计算机系统中，必须要经过模拟量到数字量的转换(A/D转换)，计算机才能接受。
A/D转换过程主要包括采样、量化与编码。采样是使模拟信号在时间上离散 化，量化与编码则是把采样后所得到的离散幅值经过舍入的方法变换为与输入量 成比例的二进制数。A/D转换电路种类很多，根据转换原理可以分为逐次逼近式、双积分式、并行式、跟踪比较式、串行式、电荷平衡式等。目前使用较多的是前三种。
由于传感器输出的是变化的电压信号，而AT89C51单片机没有内置A/D转
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换器，所以是无法直接识别电压信号，因此这里需要外接A/D转换芯片进行模数转换。振动信号频率在1kHz左右，为了保证波形的完整性，必须要采用高速AD进行数据转换，所以本系统采用12位精度，转换时间为8.5us即转换速率为118kHz的高速AD—ADS774。
ADS774为12位高速并行输出AD,基本电路如图3.10，电路连接简单，输入有多种模式，包括±10V, ±20V和2.5V三种模式，单电源供电可输入正负电压。其输出方式可以设置为8位输出和12位输出。12位输出状态还可以设置为12同时输出或先输出高八位再输出低四位。鉴于本系统中使用的单片机AT89C51为8位机和节省端口的考虑，本设计中就选择先输出高八位再输出低四位的工作方式，和单片机接口电路如图3.11所示。仅使用单片机的一个8位端口和两个控制端口就能完成12位数据的读取。
图3.10 ADS774双极性工作电路
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图3.11 12位输出连接方式
3.2.6 AT89C51简介 3.2.6.1 AT89C51内部结构
AT89C51内部结构主要包括累加器ACC(有时也简称为A)、程序状态字PSW、地址指示器DPTR、只读存储器RMO、随机存取存储器ARM、寄存器、并行I/O接口PO～P3、定时器/计数器、串行I/O接口以及定时控制逻辑电路等。这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。AT89C51内部结构图如图3.12所示。
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