用PIC16C73單片機實(shí)現十二位A/D轉換器
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為監測海洋生態(tài)環(huán)境，研制了用于海水有機磷農藥現場(chǎng)監測的生物傳感器。為測定生物傳感器的信號，使傳感器可用于船載及臺站的海洋生態(tài)環(huán)境現場(chǎng)自動(dòng)監測，需要對整個(gè)的采樣和排液裝置進(jìn)行控制以及對傳感器來(lái)的信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集處理，形成有機磷的濃度傳給上位機。為此，開(kāi)發(fā)了以PIC16C73單片機為核心的小型測控儀器，很好的完成了上述功能。PIC1673單片機自帶8位的A/D轉換器，但不能滿(mǎn)足系統對精度的要求，本設計在單片機自帶8位A/D基礎上加少量的硬件和軟件開(kāi)銷(xiāo)，使其擴展為十二位A/D轉換器，滿(mǎn)足了系統的要求。
2 系統構成原理
PIC16C73單片機最大的特點(diǎn)是自帶8位A/D轉換部件，共有5路A/D通道模擬輸入。這些多通道模擬輸入共用一個(gè)采樣/保持電路，采樣/保持電路的輸出是A/D轉換器的輸入。A/D轉換器采用逐次逼近法進(jìn)行模數轉換。其模擬基準電壓可軟件編程選擇，即從RA3/VREF引腳上外加電壓值，以滿(mǎn)足更高轉換精度的需要。
2.1采樣系統的硬件原理
在本應用中，我們用RA0口作為濃度電壓信號模擬輸入通道。為了減小模擬電壓信號高頻部分的影響，我們在RA0口前接了一高頻濾波電路，濾除高頻部分的干擾信號。整個(gè)海
水樣品數據采集部分由基準電壓產(chǎn)生電路,傳感器前置偏移調整電路和擴展十二位A/D轉換器電路組成。
2.1.1基準電壓產(chǎn)生電路
A/D轉換精度首先要依賴(lài)于有高穩定度的基準參考電壓，調節芯片為L(cháng)M336-2.5,其動(dòng)態(tài)電阻的典型值為0.2Ω，且溫度穩定度很高，在常溫25℃時(shí)，幾乎不隨溫度的改變而變化。其應用電路如圖1，調節VR1使輸出的基準電壓VREF為2.55V。
2.1.2 傳感器前置偏移調整電路
由于本系統所采用的電位型生物傳感器可以等效為一個(gè)電壓源與輸出阻抗的并聯(lián)，其輸出阻抗很高，可達,遠遠大于常規信號放大電路的輸入阻抗。如果直接連接，阻抗不匹配，將很難得到準確的電壓信號。同時(shí)，海水有機磷生物傳感器輸出的電壓信號,其范圍是-204.8mV到+204.7mV,而單片機A/D采集的模擬輸入電壓必須在 VDD與VSS之間，信號不符合A/D輸入模擬電壓的要求。因此，在放大電路前，設計了一級傳感器前置偏移調整電路，如圖2所示。
其中由運算放大器U2組成射極跟隨器，進(jìn)行阻抗變換。運算放大器選用7650，其共模輸入阻抗高達可達，故轉換網(wǎng)絡(luò )的的輸入阻抗可達，輸出阻抗很小，可以保證傳感器電位差信號不衰減的傳輸至跟隨器的輸出端。采用 U3組成的加法器調整電壓的范圍，調整VR35和VR37使OUT端的輸出電壓范圍為0～-0.4095V，再經(jīng)下一級放大傳輸至A/D輸入端。
2.1.3 十二位A/D轉換器擴展電路
因PIC1673B內部自帶的8位A/D轉換器采用逐次逼近法進(jìn)行模數轉換，所以實(shí)現精度擴展的電路也采用逐次逼近的方法。硬件原理如圖3所示,由精密運放ICL7650,模擬開(kāi)關(guān)74HCT4066及精密可調電阻組成。
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