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用一個多通道ADC的獨立數位電壓表

2013年02月01日  | Branislav Korenko; Marek Cerny

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作者:Branislav Korenko 及 Marek Cerny, Slovak University of Technology, Bratislava, Slovakia

本文實現了針對四通道類比電壓源的電壓/電流測量,但在很多其它應用中也有廣泛用途。設計採用了Atmel公司的ATmega8-16AC微控制器和Maxim公司的MAX1230 12-bit ADC(參考文獻1和2)。雖然微控制器自帶10 bit ADC,但採用外接多通道ADC,將多個類比頻道複用到ATmega8-16AC差分ADC的輸入端,這樣效率更高。

按照參考文獻2中的說明,通過SPI實現了IC1和IC2之間的通信。R17和R18是轉換結束標誌和片選模式管腳的上拉電阻。SPI通信的信號被分接在端子P4上,用於程式設計器連接。按鍵S2將IC2的復位腳連接到地;R22和C42為IC2除顫。同樣,R19和C39為輔助按鍵S1除顫,S1連接到IC2的INT0腳,用於切換顯示的解析度類型。

IC2的管腳23至28用於通過P2與20 × 2字元的BC2002CBNHEH$ LCD Bolymin顯示幕通信(參考文獻3)。微調電阻R21設定顯示幕的對比度。可以用IC2的輸出RXD與TXD,通過一個可選USB-to-UART介面(如FTD232BM,圖1中未顯示)做USB通信,以做資料記錄。

圖 1
圖1 可以用一個多通道ADC,加一個微控制器與LCD顯示器,做成這款低功耗的多通道電壓表。


IC1的類比輸入AIN0至AIN15接到八個分壓器R1至R16上。分壓比取決於要測量的最大輸入電壓。另外,還應考慮REF+腳上的基準電壓,使之用到ADC的全部解析度。IC1的類比輸入工作在跟蹤與保持模式,因此輸入阻抗會影響轉換採樣時間。於是,輸入電容C1、C2和C3(按參考文獻2中的值)用於IC1上的差分輸入端AIN0和AIN1,而對其它類比輸入端,也重複採用相同的輸入電容結構。IC1的採樣速率高達300k採樣/秒,因此可以對低速瞬態事件做數位化處理,用過採樣技術,測量頻寬大於ADC採樣速率的週期性信號。另外,輸入信號還需要做抗混疊預濾波。

根據參考文獻4,並聯穩壓器IC5為IC1生成外部1.25V基準REF+,用R24和R23設定合適的耗電。功率變壓器和保險絲的選擇要適合自己本地交流電壓(電路圖中顯示為230V交流,採用一個0.25A的保險絲);即當用於120V交流時,保險絲就要0.5A。轉換的電壓通過二極體橋D1和D2做整流,並經過7805串聯穩壓器的穩壓。一個5V分支直接用於為萬用表提供電源;另一個則可作為萬能的輔助電源。

IC2的代碼表可見網上本設計實例,位址是:www.edn.com/4400220。本工作得到了斯洛伐克研究與發展代理的支援,合同號為:No. APVV-0062-11。



參考文獻

1“ATmega8-16AC: 8-bit with 8K Bytes In-System Programmable Flash,” Atmel Corp, http://bit.ly/ RTGK0I.

2“MAX1226, MAX1228, MAX1230: 12-Bit 300ksps ADCs with FIFO, Temp Sensor, Internal Reference,” Maxim Integrated Products Inc, December 2010, http://bit.ly/RSKccx.

3“LCD display, 2x20 characters, 5x7 dot matrix,” http://bit.ly/Sg8AHt and http://bit.ly/TQHO5A.

4“LM4041 precision micropower shuntvoltage reference,” Texas Instruments, February 2006, http://bit.ly/RSSP6T.




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