基于单片机的可编程增益放大器设计

基于单片机的可编程增益放大器设计

本采集系统是基于PC 机ISA 总线的的高速数据采集卡, 用于小信号的采集和传输.为了扩大采集系统的动态范围, 提高模数转换的精度, 本系统增加了用AD526 为核心的可编程自动增益放大器部分, 与A/ D 模块共同构成了浮点A/D 转换器, 目的是根据输入信号的大小变化, 自动调整放大增益使其适应A/ D 模块对输入的要求,。

PA GA 硬件结构图如图2 所示.

工作原理：

下面通过一次数据采样、A/ D 转换和增益调整过程说明PA GA 的工作原理. 首先为可编程增益放大器设定增益调整窗口, 即调整下限和上限. 下限一般设定为最大满量程的1/ 4, 而上限为满量程,这样调整窗口为1 . 25V～5V , 对应量程的AD 编码为01000000～11111111 . 小于1 . 25V 的信号需经过二次比较调整过程得到最佳增益后再开始A/D 转换, 当然较小的信号采用最大增益后也不一定落入窗口内, 但还是可以增加转换后的有效位数, 提高转换精度.

转换开始先进行初始化, 89C51 由p 1 . 0,p 1 . 1,p 1 . 2送增益代码给AD526, 将放大器增益预设为1, 然后由p 2 . 2发/WR 信号给AD7821 作为AD 启动信号(/WR 下降沿). 现场信号经AD585 放大器送AD526, 按增益1 放大后进行A/D 转换. AD7821 在WR-RD 模式下转换结束时送/ I N T 信号给89C51 p 2 . 0, 经查询后由/ RD 发读选通信号给AD7821 将转换结果读进p 0 口. 89C51 在软件中判断此信号是否在调整窗口范围内, 若是则不需调整增益, 否则根据计算确定合适增益代码再送AD526 调整其增益大小, 并重复第一次转换

过程. 经两次增益调整转换后数据为调整后的结果, 相当于尾数, 而增益值相当于阶码, 为了简化PC 机的数据处理过程, 在送PC 机总线之前, 89C51 根据阶码将调整后结果进行还原, 然后送到与总线相连的高速大容量缓存器中缓存, 这样一次完整的数据采集、调整、还原和缓存过程结束.

整个流程及工作时序如图3 所示