信號調(diào)理電路設(shè)計中，軟件和硬件設(shè)計是兩個關(guān)鍵部分，本文主要從軟件設(shè)計和硬件設(shè)計兩大方面探討多信號采集功能信號電路設(shè)計。

　　《電路與系統(tǒng)學(xué)報》(雙月刊)是經(jīng)過中國國家科委審定的高級學(xué)術(shù)刊物，由中國電子學(xué)會電路與系統(tǒng)專業(yè)學(xué)會支持，1996年創(chuàng)刊，在國內(nèi)外公開發(fā)行。本刊主要刊登電路與系統(tǒng)學(xué)科內(nèi)具有重要理論與技術(shù)意義的、創(chuàng)新的和高水平的學(xué)術(shù)論文與技術(shù)報告，是電路與系統(tǒng)學(xué)科以及相關(guān)學(xué)科內(nèi)的科研技術(shù)人員、高等學(xué)校教師及研究生、各級科研及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)管理人員閱讀和參考的重要期刊，是各級科技圖書情報機構(gòu)和信息機構(gòu)不可少的訂藏刊物。

　　采集每個通道信號前還要采集兩個不同的基準(zhǔn)電壓, 實現(xiàn)儀表在測量中的自校正功能。電路中精密基準(zhǔn)電源MAX872 輸出的2.5V 電壓經(jīng)精密電阻R1(66kΩ)、R3(192kΩ)分壓后,將約為640mV 左右加在X9241 的0 號電位器分壓。此時繼電器S4、S5、S6 斷開,繼電器P37 合上。

　　1、硬件設(shè)計

　　信號調(diào)理電路單路輸入的硬件結(jié)構(gòu),包括信號輸入、放大、單片機控制等幾大部分。信號輸入電路由精密基準(zhǔn)電源MAX872、光繼電器AQW212E、運放4502 及精密儀表開關(guān)電容模塊LTC1043 等組成。其中精密基準(zhǔn)電源的使用一方面提升輸入信號的電位, 避免低電位測量時的干擾誤差;另一方面作為一路檢測電路, 其測量結(jié)果可以修正其它回路的檢測結(jié)果, 實現(xiàn)系統(tǒng)的在線自校正。MAX872 具有較寬的電壓輸入范圍(2.7～20V),輸出精度可達(dá)2.500V ± 0.2%。LTC1043CN 是雙精密儀表開關(guān)電容,電容外接, 多用于精密儀表放大電路、壓頻轉(zhuǎn)換電路和采樣保持電路等。當(dāng)內(nèi)部開關(guān)頻率被設(shè)定在額定值300Hz時, LTC1043CN 的傳輸精確度最高, 此時電容器CS 和CH大小均為1 μ F。LTC1043CN 和運放LT1013 組成差分單端放大器,采用LTC1043CN為差分輸入的電壓采樣值, 電壓保持在電容器CS上并送到接地參考電容器CH 中, 而CH 的電壓送到LT1013 的非反相輸入端放大。LTC1043CN是通過電容完成電壓的傳輸, 使電壓由差分輸入變?yōu)閱味溯斎? 并起到了很好的信號隔離作用, 在本設(shè)計中雙電容的巧妙接法解決了熱電阻的三線制輸入問題。

　　放大電路由運放L T 1 0 1 3 和數(shù)字電位器X9241M 組成, 放大增益由數(shù)字電位器X9241 中三個數(shù)字電位器決定, 使輸入信號經(jīng)過放大后均變?yōu)?～500mV的電壓信號, 滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器允許的電壓輸入范圍。本部分電路僅完成信號輸入, 是我們研制網(wǎng)絡(luò)化智能儀表的一部分, 對于輸入信號模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示則由其它模塊完成。S4、S5、S6 是控制一路輸入的光繼電器, 采集該路信號時同時合上, 其他電路是所有通道信號輸入的公共電路, 只是根據(jù)輸入信號的不同, 單片機改變其余光繼電器的狀態(tài), 形成不同的輸入電路。具體可分為以下幾種情況:

　　(1) 采集1～5V 電壓信號時: 繼電器CH 合上,P11、SI、P37 斷開, 通過電阻R2、R4 實現(xiàn)分壓后變?yōu)?.25～1.25V的電壓信號加在數(shù)字電位器X9241的0號電位器V0的兩端, 經(jīng)過軟件實現(xiàn)對該電位器的調(diào)節(jié), 令其滑動端的數(shù)值為25, 按25J63(電位器內(nèi)共有63個電阻單元組成的陣列)這樣比例繼續(xù)分壓變?yōu)榧s100～500mV信號, 加LTC1043CN 的電容CS 上,此時數(shù)字電位器X9241的其它3個電位器形成的放大倍數(shù)應(yīng)為1, 才能保證在運放L T 1 0 1 3 的輸出端最大電壓不超過500mV; 具體如何設(shè)置這3個電位器滑動端的數(shù)值見后面軟件部分。

　　(2) 采集熱電阻信號時: 繼電器SI、P11合上,CH、P37 斷開。熱電阻采用的是三線制接法,消除了長距離傳輸時傳輸導(dǎo)線的電阻帶來的誤差。采集過來的電阻值接在IN1、IN2 兩端,IN2、IN3被三線制接法后短接,2.5V基準(zhǔn)電壓此時加在熱電阻及R8、R9 上,變?yōu)楹练�級電壓信號輸入。�?dāng)為Pt100輸入390.26Ω時轉(zhuǎn)換為約290mV左右的電壓輸出。

　　2、軟件設(shè)計

　　軟件部分所要完成的工作就是控制各光繼電器的狀態(tài)及設(shè)定數(shù)字電位器X9241 中各數(shù)字電位器滑動端的位置。本模塊采用單片機控制, 可與其它模塊單片機或上位機進行通信。信號類型的設(shè)定, 也可通過掃描鍵盤或IC卡完成。確定了各路的信號類型后, 對應(yīng)不同的輸入信號, 數(shù)字電位器X9241內(nèi)部的4個電位器滑動端的數(shù)值不同, 其中決定放大倍數(shù)的電位器RW1,RW2, RW3 的數(shù)值n1, n2, n3 可用下面計算方法得到, 使得當(dāng)信號輸入為上限值時, 在LT1013的輸出端得到約為500mV 的輸出電壓。算法為令n1=63ViH500, n2=n1+1 則得到電阻RW3兩端的電壓V3=500H63(mV)

　　由Vi=(V3H63)n3+(500H63)n1 得到n3=( 63 × 63H500)·Vi- 63n1其中Vi 為信號輸入上限值時對應(yīng)的LT1013輸出電壓值。若采集8個通道, 則需將24個字節(jié)數(shù)據(jù)的電位器RW1, RW2, RW3 的數(shù)值n1, n2,n3順序保存在本模塊的 中, 另外還要保存8個字節(jié)的通道信號類型。當(dāng)巡回采集0～7八個通道時,根據(jù)不同的通道號, 一方面從EEPROM 中取出X9241滑動端相應(yīng)的數(shù)值通過 總線寫入X9241數(shù)據(jù)寄存器中, 數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容可傳輸?shù)交瑒佑嫈?shù)寄存器WCR 以設(shè)置滑動端的位置; 另一方面從EEPROM 中取出該通道的信號類型, 根據(jù)信號類型控制各光繼電器AQW212E 的開合狀態(tài), 并將X9241 的0 號電位器RW 置上合適的數(shù)值, 實現(xiàn)信號的正確輸入及調(diào)理。