【正文】 HACHBCHC鍵盤此次所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的A/D隔離放大系統(tǒng)有兩大優(yōu)點(diǎn)。本次課題中所采取的方法，擬將三路通道分別進(jìn)入A/D后再進(jìn)行隔離，這樣，只要由單片機(jī)控制讓A/D同時(shí)采樣，并將三路數(shù)據(jù)由三個(gè)I/0口接收，那么就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，而不必使用輪詢的方法。同時(shí)，用一塊A/D控制采集一路的化學(xué)信號(hào)，可以達(dá)到很高的采集速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還得到:用先A/D后隔離后所得到的數(shù)據(jù)的線性度會(huì)有很大的提高。溫度傳感器通過感受環(huán)境溫度變化，把溫度通過模擬的電信號(hào)表示，由于模擬信號(hào)比較弱，溫度模擬電信號(hào)再通過放大模塊，對(duì)溫度電信號(hào)進(jìn)行放大加強(qiáng)。A/D采樣對(duì)放大的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，按照合適采樣和編碼定理，模擬溫度信號(hào)變成了數(shù)字信號(hào)表示。數(shù)字溫度信號(hào)在通過單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)其譯碼，把數(shù)字信號(hào)表示成相應(yīng)的物理量，通過顯示電路進(jìn)行外部顯示，同時(shí)也通過儲(chǔ)存電路把數(shù)字部分進(jìn)行采集儲(chǔ)存。濕度和光度信號(hào)分別通過濕度和光度傳感器，把信號(hào)分別變成模擬信號(hào)，再通過放大，轉(zhuǎn)變成較強(qiáng)的電信號(hào)。在各自經(jīng)過的A/D采樣，通過不同的量化度和編碼，轉(zhuǎn)變成了數(shù)字濕度和光度信號(hào)。再通過顯示和儲(chǔ)存設(shè)備對(duì)濕度和光度進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存。三路信號(hào)處理過程是相同的，只是采用了不同采集傳感器，不同的A/D采樣量化度和編碼形式。第3章 芯片概述 AＴMEGA16芯片概述 ATMEGA16的結(jié)構(gòu) ATMEGA16整體結(jié)構(gòu)Atmegal6是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，Atmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。一條指令的執(zhí)行只需一個(gè)時(shí)鐘周期，與傳統(tǒng)的單片微機(jī)相比較速度要快很多倍，因而能夠勝任高速AD采樣時(shí)的控制工作。為了獲得最高的性能以及并行性，AVR采用了Harvard結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲(chǔ)器里的指令通過一級(jí)流水線運(yùn)行。CPU在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指令(在本文稱為預(yù)取)。這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。程序存儲(chǔ)器是可以在線編程的FLASH. 快速訪問寄存器文件包括32個(gè)8位通用工作寄存器，訪問時(shí)間為一個(gè)時(shí)鐘周期。從而實(shí)現(xiàn)了單時(shí)鐘周期的ALU(算術(shù)邏輯單元)操作。在典型的ALU操作中，兩個(gè)位于寄存器文件中的操作數(shù)同時(shí)被訪問，然后執(zhí)行運(yùn)算，結(jié)果再被送回到寄存器文件。整個(gè)過程僅需一個(gè)時(shí)鐘周期，AVR有一個(gè)靈活的中斷模塊?？刂萍拇嫫魑挥贗/O空間，狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。每個(gè)中斷在中斷向量表里都有獨(dú)立的中斷向量。各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級(jí)越高。角存儲(chǔ)器空間包含64個(gè)可以直接尋址的地址，作為CPU外設(shè)的控制寄存系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)器、SPI,以及其他I/0功能。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0x200x5F。 ATMEGA16功能結(jié)構(gòu)在16MHZ頻率下速度為16MIPS的8位RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)，內(nèi)含硬件乘法器。支持JTAG端口仿真和編程，仿真效果比傳統(tǒng)仿真同更真實(shí)有效。8通道10位AD轉(zhuǎn)換器，支持單端和雙端差分信號(hào)輸入，內(nèi)帶增益可編程運(yùn)算放大器。16K字節(jié)的FLASH存貯器，支持 ISP、IAP編程，使系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、維護(hù)更容易。多達(dá)1K字節(jié)的SRAM，32個(gè)通用寄存器，三個(gè)數(shù)據(jù)指針，使用C語言編程更容易。512字節(jié)的EEPROM存貯器，可以在系統(tǒng)掉電時(shí)保存您的重要數(shù)據(jù)。多達(dá)20 個(gè)中斷源，每個(gè)中斷有獨(dú)立的中斷向量入口地址。2個(gè)8 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，帶捕捉、比較功能，有四個(gè)通道的PWM，2個(gè)硬件USART、SPI和基于字節(jié)處理的IC接口。杰出的電氣性能，超強(qiáng)的抗干擾能力。每個(gè)I/O口可負(fù)載40mA的電流，總電流不超過200mA?？蛇x片內(nèi)/片外 RC振蕩、石英/陶瓷晶振、外部時(shí)鐘，更具備實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）功能；片內(nèi)RC振蕩可達(dá)8MHZ，頻率可校調(diào)到1%精度；片外晶振振蕩幅度可調(diào)，以改善EMI性能。內(nèi)置模擬量比較器?？梢杂萌劢z開啟、獨(dú)立振蕩器的看門狗，看門狗溢出時(shí)間分8 級(jí)可調(diào)。內(nèi)置上電復(fù)位電路和可編程低電壓檢測(cè)（BOD）復(fù)位電路。六種睡眠模式，給你更低的功耗和更靈活的選擇。，工作頻率08MHZ；，工作頻率016MHZ。32個(gè)I/O口，DIPTQFP44封裝。與其它8位單片機(jī)相比，有更高的程序安全性，保護(hù)您的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 ATMEGA16的封裝及引角*VCC數(shù)字電路的電源。*GND地。*端口A(PA7..PA0)端口A做為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。端口 A 的第二功能:PA6 ADC6 (ADC 輸入通道6)PA5 ADC5 (ADC 輸入通道5)PA4 ADC4 (ADC 輸入通道4)PA3 ADC3 (ADC 輸入通道3)PA2 ADC2 (ADC 輸入通道2)PA1 ADC1 (ADC 輸入通道1)*端口B(PB7..PB0) 端口B為8 位雙向I/O口，具有PA7 ADC7 (ADC 輸入通道7)PA0 ADC0 (ADC 輸入通道0)可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口B的第二功能:PB7 SCK (SPI總線的串行時(shí)鐘)PB6 MISO (SPI總線的主機(jī)輸入/從機(jī)輸出信號(hào))PB5 MOSI (SPI總線的主機(jī)輸出/從機(jī)輸入信號(hào))PB4 SS (SPI從機(jī)選擇引腳)PB3 AIN1 (模擬比較負(fù)輸入)OC0 (T/C0輸出比較匹配輸出)PB2 AIN0 (模擬比較正輸入)INT2 (外部中斷2 輸入)PB1 T1 (T/C1外部計(jì)數(shù)器輸入)PB0 T0 (T/C0外部計(jì)數(shù)器輸入)XCK (USART 外部時(shí)鐘輸入/ 輸出)*端口C(PC7..PC0) 端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能。端口 C 的第二功能:PC7 TOSC2 (定時(shí)振蕩器引腳2)PC6 TOSC1 (定時(shí)振蕩器引腳1)PC5 TDI (JTAG 測(cè)試數(shù)據(jù)輸入)PC4 TDO (JTAG 測(cè)試數(shù)據(jù)輸出)PC3 TMS (JTAG 測(cè)試模式選擇)PC2 TCK (JTAG 測(cè)試時(shí)鐘)PC1 SDA (兩線串行總線數(shù)據(jù)輸入/輸出線)PC0 SCL (兩線串行總線時(shí)鐘線)*端口D(PD7..PD0) 端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D的第二功能:PD7 OC2 (T/C2輸出比較匹配輸出)PD6 ICP1 (T/C1輸入捕捉引腳)PD5 OC1A (T/C1輸出比較A匹配輸出)PD4 OC1B (T/C1輸出比較B匹配輸出 )PD3 INT1 (外部中斷1的輸入)PD2 INT0 (外部中斷0的輸入)PD1 TXD (USART輸出引腳)PD0 RXD (USART輸入引腳)RESET復(fù)位輸入引腳,持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。AVCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC 連接。AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 AD620芯片概述 AD620的結(jié)構(gòu) AD620的介紹AD620是在傳統(tǒng)的三運(yùn)放組合方式改進(jìn)的基礎(chǔ)上研制的單片儀用放大器，是一種只用一個(gè)外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為110000的低功耗、高精度儀表放大器。它體積小，為8管腳的SOIL或DIP封裝:供電電源范圍為+/、+/18V。AD620具有很好的直流特性和交流特性，它的最大輸入失調(diào)電壓為50uV，最大輸入失調(diào)電壓漂移為1PV/℃。在增益G=10時(shí)，其共模抑制比大于93dB。增益G=1時(shí)它的增益帶寬為120kHz，建立時(shí)間為15us。 AD620內(nèi)部結(jié)構(gòu)為了獲得最高的性能，許多A/D變換器都采用差分模擬輸入，輸入三極管Q1和Q2提供了唯一雙極差分輸入。采用差分模擬輸入對(duì)共模噪聲有很好的抑制作用。它的輸入偏移電流比一般情況低10倍。通過QAR，環(huán)路和Q2A2R2環(huán)路的反饋，保持了QQ2集電極電流為常量，所以輸入電壓相當(dāng)于加在外接電阻Rg的兩端，從輸入到A1/A2輸出的差分放大倍數(shù)為G=( R1+ R2 )/Rg+1。由A3組成的單位增益減法器消除了任何共模成分，而產(chǎn)生一個(gè)與REF管腳電位有關(guān)的單路輸出。Rg的值還確定了前級(jí)運(yùn)放的跨導(dǎo)。當(dāng)Rg減小時(shí)，放大倍數(shù)增大，對(duì)輸入三極管的跨導(dǎo)漸漸地增大，這個(gè)帶來的優(yōu)點(diǎn)就是:放大倍數(shù)增加使得開環(huán)增益增大，因此減小了與增益有關(guān)的誤差。由CZ和前置運(yùn)放跨導(dǎo)確定的增益帶寬乘積增加，因此頻率響應(yīng)得到改善。主要由輸入三極管集電極電流和基極電阻確定的輸入電壓噪聲減小到9nV/HZ。 AD620的封裝及特點(diǎn)（1）AD620引角功能:*8跨接電阻調(diào)節(jié)放大倍率；*7接需提供正負(fù)相等的工作電壓；*由 3接腳輸入的放大的電壓值；*6接腳輸出的放大電壓值，腳5接是參考基準(zhǔn)，如果接地，則腳6的輸出為與地之間的相對(duì)電壓。（2）AD620特性:*能確保高增益精密放大所需的低失調(diào)電壓、低失調(diào)電壓漂移和低噪聲等性能指標(biāo)；*只用一只外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)11000；*體積小，只有8個(gè)引腳；*低功耗，輸入阻抗20k歐姆。 ADS7835芯片概述 ADS7835結(jié)構(gòu)ads7835的是12位,采樣模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，完成與采樣保持,并同步串行接口. . 該裝置可置于功率下降模式, .內(nèi)部可參考o(jì)verdriven外部電壓. 低功率,體積小,速度快,使ads7835適合電池操作的系統(tǒng),如無線通訊裝置,portable multichannel data loggers ,頻譜分析器. 串行接口也提供低成本的隔離遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集,并保證在40℃至85℃溫度范圍。 ADS7835封裝及特性CONVVREFCLKANVRCFGND87654321AINCLKGNDADADS7835GNDDATAGNDCO +VCCMSOP8 ADS7835引腳圖（1）ADS7835引角功能：*1腳接VREF內(nèi)部參考電壓；*8腳 +VCC 電源+5V；*2腳AIN —+；*7腳接 CLK 時(shí)鐘125ns—5us；*3腳 GND 接地 ；*6腳 DATA 接12位數(shù)據(jù)輸出；*4腳 GND 接地。*5腳 CONV數(shù)據(jù)輸出允許； （2）ADS7835特性：*500kHz的處理速率；*正負(fù)2. 5V的內(nèi)部參考電壓，亦可接入更高的外部參考電壓；*低功率:；*可設(shè)置低功率模式工作，；*單端輸入電壓5V；*同步:串行接口；*無誤碼；*工作溫度范圍可達(dá)40℃－+85℃ 。 ADS7835工作模式ADS7853有6中工作模式，我們了解其中的四種，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，我們選擇的是SPI和QSP模式，模式選擇不同則具有不同的時(shí)序，其中時(shí)間標(biāo)示和CLK和串行數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系如下。 ADS7835時(shí)間標(biāo)示表時(shí)間標(biāo) 示說明最小 時(shí) 間典型 時(shí) 間最 大 時(shí) 間tacp采樣時(shí)間350nstconv轉(zhuǎn)換時(shí)間tckp時(shí)鐘周期125ns500nsTck1時(shí)鐘底半周期50nstckh時(shí)鐘高半周期50nstckdh下降沿對(duì)現(xiàn)行傳輸數(shù)據(jù)無效時(shí)間5ns15nstckds下降沿對(duì)下一組傳輸數(shù)據(jù)有效時(shí)間30ns50nsTcv1CONV腳底電平時(shí)間40nstcvhCONV腳高電平時(shí)間40nstckchCLK下降沿CONV腳保持時(shí)間10nstckcsCLK下降沿CONV腳置位時(shí)間10nstckdeCLK下降沿到數(shù)據(jù)有效時(shí)間20ns50nstckddCLK下降沿到數(shù)據(jù)高阻時(shí)間70ns100nstckspCLK下降沿到采樣時(shí)間5nstckpdCLK下降沿到省電模式時(shí)間50nstcvhdCONV下降沿到采樣有效時(shí)間5nstcvspCONV上升沿到采樣模式時(shí)間5nstcvpuCONV上升沿到全功率工作模式50nstcvddCONV變換時(shí)間到數(shù)據(jù)高阻時(shí)間70ns100nstcvpdCONV變換狀態(tài)到省電模式50nstdrpCLK