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一种单片机LVDT位移测量传感器设计

2013-10-23 10:33
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  3.3放大电路的设计

  传感器输出电压为0~50mV,而A/D转换器所能处理的电压是0~5V,所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大,放大倍数为100倍,使输出电压为0~5V.  由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低,故采用三运放结构。

  三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点,且有良好的温度稳定性,低噪单端输出和和增益调整方便,适于在传感器电路中应用。  如图6所示,图中 RG为增益调节电阻,整个芯片仅R5为外接电阻,而运放A1 为增益为100的差动输入放大器。

  电压的放大倍数:可由公式

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  得出

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  倍数。因此我们可以改变R2和 R1的比值来改变放大倍数。

  量程的确定:转动20圈   进给10mm    电压变化 0.52V

  灵敏度:

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  根据电压得量程是 +1.7V ~-1.7V  可以由上面公式得出距离d得量程是 +16.35mm~-16.35mm.

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图6放大电路硬件原理图

  3.4采集电路的设计

  (1)数据采集系统的组成

  数据采集系统的核心是计算机,他对整个系统进行控制和数据处理,他由采样/保 持器,放大器,A/D转换器,计算机组成。

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图7数据采样系统框图

  (2)数据采样保持器

  进行模数变换时,从启动变换到变换结束的数字量输出,需要一定的时间,即A/D转换的孔径时间。当输入信号频率较高,由于孔径时间的存在,会造成较大的转换误差;为了防止误差需在中间加一个功能器件采样/保持器,进行有效、正确的数据采集。  采样/保持器通常由保持电容器、模拟开关和运算放大器组成。采样保持器的原理:如图8,当开关闭合时,V1通过限电流电阻向电容C充电,在电容值合理的情况下,V0随Vi的变化而变化;当K断开时,由于电容C有一定的容量,此时输出V0保持输入信号再开断开瞬间的电平值。

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图8采样保持原理图

  (3) AD0809的工作原理与连接

  AD转换器与8031单片机相连接,将IN0的输入模拟信号转换成数字信号。从而可以输入8031进行下一步处理。采用逐位逼近式的AD转换器。其原理如下图:

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图9AD0809的原理图

  当启动信号作用后,时钟信号在控制逻辑作用下。首先是寄存器的最高位D3=1 ,其余为0,此数字量1000经D/A转换器换成模拟量8,送到比较器输入端与被转换地模拟量进行比较控制逻辑根据比较器输出进行判断,当Vin3Vo,则保留D3=1,再对下一位D2进行比较,同样先使D2=1,与D3一起即1100进入D/A转换器,进行比较,以此进行比较,到最后一位D0.

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