125欧姆,关断漏电流为0.1μA,开关时间为120ns。
2. 多路转换开关CD4051
CD4051由电平转换电路、译码驱动电路和CMOS模拟开关电路三部分组成。开关部分的供电电压为VEE(低端)和VDD(高端),因此需要的控制电压为 VEE~VDD,电平转换电路将输入的逻辑控制电压(A、B、C、INH端)从VSS~VDD转换到VEE~VDD以满足开关控制的需要。
(1)CD4051的引脚功能及使用方法
VEE、VDD、VSS:电源线。VSS接地。单极性信号输入时,VEE和VDD分别接地和正电压,双极性输入时,VEE和VDD分别接负电压和正电压。VDD与VEE之差最大为16V。
C、B、A:通道地址。当CBA=000B~111B时,可选择通道S0~S7。
INH:禁止控制端。INH=1时,所有通道均被断开;当INH=0时,则根据CBA 的值选择一个确定的通道与输出接通(即可选择一个由CBA确定的输入通道与输出通道)。使用该控制端还可以方便地实现多通道的扩展。
S0~S7:8个通道的输入输出通道。当用作多到一开关使用时为输入线,当用作一到多开关使用时为输出线。
OUT:输出/输入公共端。利用S0~S7和OUT引线可以完成输入/输出。
(2)CD4051原理
在用作8选1模拟多路开关时,CD4051有8个数据输入端,在3个选择输入端A、B、C的控制下,从8个模拟开关中选择1个模拟开关使之导通,将相应的输入数据通过导通的模拟开关送到公共输出端。CD4051有1个公共输出端,当该输入端为高电平时,不论数据输入端和输出端如何变化,在内部的8个模拟开关均为关断状态。其真值表如表1所示。
表1 CD4051真值表
INH C B A 所选通道 0 0 0 0 S0 0 0 0 1 S1 ... ... ... ... ... 0 1 1 1 S7 1 × × × S0~S7均未选中
3.控制程序
(1)消除抖动引起的误差
和机械开关类似,多路开关在通道切换时也存在抖动过程,会出现瞬变现象。若此时采集多路开关输出信号,就可能引入很大的误差。影响测量结果的准确性。消除抖动的
常用方法有两种:一种是用硬件方法来实现,即用RC滤波器除抖动;另一种是用软件延时的方法来解决。在有微控制系统中,软件方法较硬件方法更显优势。
(2)准确定时
实际应用中,需要对多路信号进行连续采样,并且每次采样的间隔也有严格的要求。这就要求控制器具有严格的定时机制。实践中用定时器控制采样时序。本设计是对32路模拟信号进行采集,每路采集频率为1.25KHz,那么系统总的采样频率为1.25×32=40 KHz,也就是400μs切换一次通道,采集一个数据。在本设计的系统中,只需要设计定时器,实现400μs定时中断,在中断处理程序中采集数据。在设计系统时,设计定时器400μs定时中断,具体程序如附录1所示。
2.2.2 前置放大电路
传感器检测出的信号一般是微弱的,不能直接用于显示、记录、控制或进行A/D转换。因此,在进行非电量到电量转换之后,需要将信号放大[4]。由于前置放大器要求输入阻抗高,漂移低、共模抑制比大,所以本设计选用高阻抗、低漂移的运算放大器AD521作为前置放大器。AD521放大器的简化原理如图2所示。
图2 AD521简化原理图
工作原理:差分输入电压VI加在外接电阻RG两端,在RG上产生的不平衡电流ΔI=VI /RG;流过晶体管BG1和BG2,由于晶体管BG3和BG4为镜象电流源所偏置,迫使流过BG3和BG4集电极的电流相等。因此由差分输入电压所产生的不平衡电流流过另一个外接电阻RS,由于反馈放大器的作用,该放大器的输出电压Vo和电阻RS两端的电压保持相等,因此可得:
(2-1)
即放大器的放大倍数的计算公式为2-2所示:
(2-2)
可见,只要适当改变RS / RG之比值即可改变放大器增益。其放大倍数可在1~1000的范围内调