基本數學(xué)方法的線(xiàn)性傳感器與ADC接口設計

　　8位微型控制器的價(jià)格便宜、使用廣泛，因此在測量系統中加入“智能”設計變得越來(lái)越常見(jiàn)，并且可以使用現在通用的高級語(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轉變?yōu)榉衔⑿涂刂破髂缔D換器(ADC)輸入范圍的信號端電壓。

　　利用數學(xué)基本原理與系統化方法，我們可以很容易確定并設計出所需硬件。通常這種設計技術(shù)足以應用于所有的線(xiàn)性傳感器。

　　對應8位ADC的常用信號輸入范圍，設計中需將0℃到50℃溫度范圍轉換為0V到5V。此線(xiàn)性傳感器系統方程為：

　　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(lèi)半導體熱敏元件的典型方程描述這種傳感器的線(xiàn)性特點(diǎn)。

　　其中VT是二極管的溫度信號。通過(guò)對方程2的溫度T求解并帶入系統方程1，我們可以得到信號調理電路的設計方程，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構。

　　方程3表示信號調理電路必須將VT放大-50倍并偏移33.5V。圖中所示電路可以實(shí)現此設計方程，它的特性方程為：

　　對照設計方程(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將增益設定為-50，偏移量由-(RF)VREF/ROFF設定為所需的33.5V。

　　通過(guò)使RNULL=RI，可以對任一溫度下的電路零點(diǎn)進(jìn)行校準。首先,測定VNULL并校準50kV ROFF電位器電壓為-670mV,這是0℃時(shí)傳感器的輸出電壓。然后，保持傳感器穩定在一定溫度下(例如24℃)，校準-50kV RF電位器使運算放大器的輸出電壓符合系統方程：VO(24℃時(shí))=(100mV/℃)(24℃)=2.40V。