【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 其輸出式通過解調(diào)器整流的。 解調(diào)器 它由 1V 8V 極管橋路組成，其作用是對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行整流。通過變壓器繞組線圈112 和 310 的直流電流相加作用于振蕩控制放大器 IC1，以控制此電流為一個(gè)常數(shù)。通過變壓器繞組線圈 211 的直流電流與壓力成正比，即： f ppV? = )/( 21 CCI ref ? 。 二級(jí)管橋路和量程溫度補(bǔ)償熱敏電阻放在傳感器組件內(nèi)，熱敏電阻的補(bǔ)償作用是安裝在電氣盒中的電阻 R4和 R5來控制。 振蕩控制放大器 振蕩控制放大器是一個(gè)差動(dòng)放大器，它是輸出一個(gè)可變的電壓供給振蕩器。放大器的輸出電壓必須可調(diào)，以保證傳感器中的電容極板得到適當(dāng)?shù)募?lì)電壓。應(yīng)用于反饋控制電路中，控制振蕩器的驅(qū)動(dòng)電壓可以達(dá)到 f ppV? = )/( 21 CCI ref ? 。 其電路如 圖 37 所示。 振蕩器 振蕩器 由元件 15V 、 T 、 19C 、 20C 、 29R 和 30R 組成。其振蕩頻率取決于傳感器的測(cè)量電容和振蕩變壓器的繞組電感量。傳感器的測(cè)量電容隨壓力發(fā)生變化，因此其振蕩頻率也隨著發(fā)生微小的變化（大約 32KHz 左右）。 電流控制放大器 電流控制放大器由 3IC 、 17V 、 18V 和有關(guān)元件組成，其基準(zhǔn)電壓取自 10R 和 13R 的連接點(diǎn)。電路如 圖 38 所示。 18 圖 37 振蕩控制放大器 圖 38 電流控制放大器 電流控制放大器和電流檢測(cè)電路 電流控制放大電路驅(qū)動(dòng)電流控制電路輸出達(dá)到某一電平，引起電流檢測(cè)器通過電 19 阻反饋信號(hào)與零位靜態(tài)電流和可變差動(dòng)電流值和相平衡。電路控制電路由 17V 、 18V 和有關(guān)電子元件組成。電流檢測(cè)由電阻 31R 、 32R 和 33R 組成。 電流限制電路 電流限制電路由電阻 18R 和 16V 組成，其作用是使變壓器過壓輸入時(shí)，輸入電流不超過 30mA。 反向極性保護(hù) 不帶指示表頭時(shí)，二極管 14V 起著反向 保護(hù)的作用，而當(dāng)帶指示表頭時(shí)，反向保護(hù)作用則由二極管 13V 來完成。 穩(wěn)壓電源電路 穩(wěn)壓電源電路由電路提供一個(gè)工作電源和一個(gè)基準(zhǔn)電壓，由 11V 、 16V 、 15R 和 16R組成。 零位正負(fù)遷移 零位調(diào)整電路由電位器 35R 和 36R 組成。它可以產(chǎn)生 一個(gè)獨(dú)立可調(diào)電流與傳感器的差動(dòng)電流相加。電阻 20R 、 21R 可用開關(guān) SW 接通，以增加一固定的零位電流，偏移調(diào)整范圍，以得到較大的正負(fù)遷移量。 1 阻尼調(diào)整 阻尼電路將一個(gè)與輸出電流變化成正比的信號(hào)，反饋到電流控制放大器的輸入端。這個(gè)反饋?zhàn)饔糜呻娙萜?22C 和電位器 12R 來提供的。電位器 12R 調(diào)整的位置，決定了反饋量的 大小，從而也決定了阻尼量的大小。當(dāng)電位器 12R 在引腳 “1”和 “2”之間的電阻值增加時(shí)，阻尼作用和輸出對(duì)輸入相應(yīng)的時(shí)間也隨之增大。 1 線性調(diào)整電路 線性調(diào)整電路由可變電阻網(wǎng)絡(luò)（ 24R 、 22R 、 23R ），電容和二極管 9V 、 10V 組成。33R 是量程調(diào)整電位器。它決定反饋到電流控制放大器的輸入端的傳感差動(dòng)電流的大小。最終得到： 2KIsig ? refI )( 21 CC ? / )( 21 CC? =常數(shù) P 只要保證膜片中心位移與壓力具有線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換電路即可以保證輸出電流和壓力成線性關(guān)系。 差壓變送器的選擇 WT1151DP 型電容式差壓變送器可以用來測(cè)量流量、液位和應(yīng)用其他要求精確測(cè)量差壓、壓力的場(chǎng)合。 上一節(jié)中已介紹了壓力變送器的工作原理以及各部分的功能介紹， WT1151DP電容式差壓變送器中的各部分是相同，只是在安裝上有所不同，所以不在重復(fù)介紹各 20 部分功能，最終得到也是 4～ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)電流輸出公式為： 2KIsig ? refI )( 21 CC ? / )( 21 CC? =常數(shù) △ P （ 35） 即所測(cè)差壓與電容成線性關(guān)系。工作原理圖見 圖 39 所示。 圖 39 工作原理圖 I/V 變換器 由于電容 式 壓力 /差壓變送器 WT1151GP，其輸出信號(hào)為 4～ 20mADC，所以需要設(shè)計(jì)電流電壓轉(zhuǎn)換電路將 4～ 20mADC 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào) 0～ 5VDC，然后再將電壓信號(hào)輸入到采樣保持器，讓 ADC0809 接受標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的 0～ 5V電壓信號(hào)，其電流電壓轉(zhuǎn)換電路如 圖 310 所示。 由 圖 310 可得： bbfbbfio RVRRR RRRRIU ???????? ? ???221 )(1 （ 36） 取 R1=，則： 當(dāng) Ii=4mA 時(shí)， Uo=0V，再取 R2= Rb，上式可寫為： bbfbf RVRRR ???? 21 （ 37） 當(dāng) Ii=20mA 時(shí)， Uo=5V，再取 R2=Rb 上式可寫為： 5)21(5 ????? bbbf RVRR （ 38） 由（ 37） （ 38）得： 5)21(4 ???? bfRR 21 Rf /Rb =1/8 即 Rb =R2=8 Rf，得： Vb=10V 圖 310 I/V變換圖 為使輸入端兩端阻抗匹配應(yīng)滿足： R2//Rb // Rf= 則 8 Rf= 故有： Rf= R2= 通過上面電路的轉(zhuǎn)換， 就 可以把 4～ 20mADC 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào) 0～ 5VDC ，送到 ADC0809 中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 采樣保持器 如果直接將模擬量送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則應(yīng)考慮到任何一種 A/D 轉(zhuǎn)換器都需要用一定的時(shí)間來完成量化及編碼的操作。在轉(zhuǎn)化過程中，如果模擬量產(chǎn)生變化，將直接影響到轉(zhuǎn)換精度。特別是在同步系統(tǒng)中。幾個(gè)并聯(lián)的參量需取自同一瞬時(shí)，而各參數(shù)的 A/D 轉(zhuǎn)換又共享一個(gè)芯片，所得到得幾個(gè)量就不是同一時(shí)刻 的值，無法進(jìn)行計(jì)算和比較。所以要求輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬量在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中保持不變，但轉(zhuǎn)換之后，又要求 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)能夠跟隨模擬量變化。能夠完成上述任務(wù)的器件為采樣保持器（ Sample/Hold）簡(jiǎn)寫為 S/H。 S/H 有兩種工作方式，一種是采樣方式，另一種是保持方式。在采樣方式中，采 22 樣保持器的輸出跟隨模擬量輸入電壓變化。在保持狀態(tài)中，采樣保持器的輸出將保持在命令發(fā)出時(shí)刻的模擬量輸入值，直到下一個(gè)保持命令來到時(shí)為止。 本設(shè)計(jì)所選用的保持器為 LF398，目前是應(yīng)用比較廣泛的一種。主要完成的工作是對(duì)壓力 、差壓 兩 個(gè)信號(hào)的同時(shí)采樣和保持，所以其控制信號(hào)應(yīng)該接到一根控制線，才能完成信號(hào)同時(shí)采樣和保持工作。 LF398 是由雙極型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成的采樣保持器。它具有采樣速度快，保持下降速度慢，以及精度高等特點(diǎn)。作為單一的放大器時(shí)，其電流增益精度為 %，采樣時(shí)間小于 6181。s 時(shí)精度可達(dá) %；采用雙極型輸入狀態(tài)可獲得較低偏差電壓和寬頻帶。使用一個(gè)單獨(dú)的端子實(shí)現(xiàn)輸入偏差電壓的調(diào)整，允許帶寬 1MHz，輸入電阻為1010 歐姆。當(dāng)使用電容為 1181。F 時(shí)，其下降速度為 5mV/min。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為 CMOS電路抗干擾能力強(qiáng) ，而且不受溫度影響?？偟脑O(shè)計(jì)保證是，即使在輸入信號(hào)等于電源電壓時(shí)，也可以將輸入饋送到輸出端。 LF398 的原理圖如下 圖 311 所示。 圖 311 中有一個(gè)由二極管 D D2組成的保護(hù)電路。在沒有 D1和 D2的情況下，如果在 S 再次接通以前 iu 變化了，且變化較大時(shí)，于是 ou39。 的變化也很大。以至于使 A1 的輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)， ou39。 與 ui 不再保持線性關(guān)系，并使開關(guān)電路承受較高的電壓，不利于安全。接入 D1和 D2以后，當(dāng) ou39。 比 ou 所保持的電壓高出一個(gè)二極管的正向壓降時(shí)， D1將導(dǎo)通， ou39。 被鉗位于 ui+ UD1。這里的UD1表示二極管 D1的正向?qū)▔航?。?dāng) ou39。 比 ou 低于一個(gè)二極管的壓降時(shí)， D2導(dǎo)通，將 ou39。 鉗位于 uiUD2。 UD2為 D2的正向壓降。在 S 接通的情況下， 因?yàn)?ou39。 ? ou ，所以D1和 D2都不導(dǎo)通，保護(hù)電路不起作用。 圖 311 LF398 原理圖 23 圖 312 為 LF398 典型接法圖。 LF398 典型接法及功能說明如下： （ 1） VIN：模擬量電壓輸入。 （ 2） VOUT： 模擬量電壓輸出。 （ 3） 邏輯（ logic）及邏輯參考（ logic reference）：邏輯及邏輯參考電平，用來控制采樣保持器的工作方式。當(dāng) 8 引腳為低電平時(shí)，通過控制邏輯電路 A3 使開關(guān) S 閉合，電路進(jìn)入保持狀態(tài)。它可 以接成差動(dòng)形式，也可以將參考電平接地，然后，在引腳 8 端用一個(gè)邏輯電平控制。 （ 4） 偏置（ OFFSET）：偏差調(diào)整引腳。可用外接電阻調(diào)整采樣保持器的偏差。 （ 5） CH：保持電容引腳。用來連接外部保持電容。 （ 6） V+， V ：采樣保持器電路電源引腳。電源變化范圍為 177。5V到 177。18V。 通過以上分析可以讓 2 腳接 1kΩ電阻，用于調(diào)節(jié)漂移電壓， 7 腳和 8 腳是兩個(gè)控制端，控制開關(guān)的關(guān)斷。 7 腳接參考電壓， 8 腳接控制信號(hào)。參考電壓應(yīng)根據(jù)控制信號(hào)的電平來選擇。如 7 腳接地， 8 腳接控制信號(hào)大于 ， LF398 處于采樣狀態(tài)；如 8 腳為低電平， 則 LF398 處于保持狀態(tài)。 6 腳外接保持電容，它的選取對(duì)采樣保持電路的技術(shù)性能指標(biāo)至關(guān)重要，大電容可使系統(tǒng)得到較高精度，但采樣時(shí)間加長(zhǎng)。小電容可提高采樣頻率，但精度較低。同時(shí)，電容的選擇應(yīng)綜合考慮精度要求和采樣頻率等因素。所以選適當(dāng)?shù)碾娙荽笮?1181。F 可以滿足其需求。 LF398 的其它幾個(gè)參數(shù)為：漂移電壓 2mV，供電電壓值在 10V間選擇。 圖 312 LF398 典型接法圖 24 本設(shè)計(jì)所用到的采樣保持器為兩個(gè)，分別對(duì)、壓力、差壓進(jìn)行采樣和保持，當(dāng)ADC0809 為高電平時(shí)，此時(shí)采樣保持器進(jìn)行信號(hào)的采樣 ，輸出隨著輸入的變化而變化，當(dāng)單片機(jī)通知 ADC0809 進(jìn)行輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)引腳 EOC 為低電平，此時(shí)通過單片機(jī)的 口將 LF398 的 8 引腳置為低電平，兩個(gè)模擬輸入信號(hào)同時(shí)被保持住，ADC0809 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后 EOC 又為高電平，進(jìn)行下次信號(hào)的采樣，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的不斷采樣和保持，并且跟蹤快。 A/D 轉(zhuǎn)換器及其接口 本設(shè)計(jì)采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器為 8 位轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 ADC0809 是與微處理器兼容的 8 通路 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。它主要由逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器和 8 路模擬開關(guān)組成。ADC0809 的 特 點(diǎn)是：可直接與微處理器相連，不需另加接口邏輯；具有鎖存控制的 8路模擬開關(guān)，可以輸入 8 個(gè)模擬信號(hào)；分辨率為 8 位，總的不可調(diào)誤差為（ 2/1? ）LSB 和 1? LSB；輸入、輸出引腳電平與 TTL 電路兼容；當(dāng)模擬電壓范圍為 05V時(shí)，可使用單一的 5? V電源；基準(zhǔn)電壓可以有多種按法，且 一般 不需要調(diào)零和增益校準(zhǔn)。圖 313 為 ADC0809 與 8051 的接口電路。本設(shè)計(jì)使用的輸入端口有 IN0、 IN1，分別輸入的是壓力、差壓。 圖 313 ADC0809 與 8051 的接口 D0～ D7是轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制輸出端，它們受輸出允許信號(hào) OE 的控制， OE 信號(hào)由程序或外部設(shè)備提供。 OE 為 “0”時(shí)， D0D7呈高阻態(tài)； OE 為 “1”時(shí)， D0～ D7輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。 A， B， C 是三個(gè)采樣地址輸入端，它們的 8 種組合用來選擇 8 個(gè)模擬量輸入通 25 路 IN0IN7中的一個(gè)通路并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這 8 位組合與所選通路的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表 31 所示。 表 31 ADDA、 ADDB、 ADDC 真值表 對(duì)應(yīng)通路 地址 C B A IN0 0 0 0 IN1 0 0 1 IN2 0 1 0 IN3 0 1 1 IN4 1 0 0 IN5 1 0 1 IN6 1 1 0 IN7 1 1 1 ALE 是地址鎖存選通信號(hào)。該信號(hào)上升沿把地址狀態(tài)選通入地址鎖存器。該信號(hào)也可以用來作為開始轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)，但此時(shí)要求信號(hào)有一定的寬度，典型值為100 s? 最大值為 200 s? ， SC 為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖輸入端，其上跳變復(fù)位轉(zhuǎn)換器，下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，該信號(hào)寬度應(yīng)大于 100 s? ，它也可由程序或外部設(shè)備產(chǎn)生。若希望自動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換 （ 即上次轉(zhuǎn)換結(jié)束又重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ） ，則可將 SC 與 EOC 短接。 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)從 SC 信號(hào)上升沿開始經(jīng) 18 個(gè)時(shí)鐘周期后由高電平變?yōu)榈碗娖?，這一過程表示正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換。每位轉(zhuǎn)換要 8 個(gè)時(shí)鐘周期， 8 位共需 64 個(gè)時(shí)鐘周期，若時(shí)鐘頰率為500KHz，則一次轉(zhuǎn)換要 128 s? 。該信號(hào)也可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。 CLK 是時(shí)鐘信號(hào)輸入端，最高可達(dá) 1280KHz。 REF（ +） 和 REF（ ） 為基準(zhǔn)電壓輸入端，它們決定了輸入模擬 電壓的最大值和最小值。通常， REF（ +）和電源 Vcc一起