模数转换器ad7864及在光电轴角编码器中的应用

1、 !# 年第 # 期仪 表 技 术 与 传 感 器 JA.KLHPAK 6?AETH ;AM WA.L!#Z,#模数转换器 !&#% 及在光电轴角编码器中的应用于浩成(，朱喜林(，卢川英!（# ) 吉林大学机械科学与工程学院，吉林 长春 #$%&；& ) 吉林交通职业技术学院，吉林 长春 #$%#&）摘要：介绍了模数转换器 *+&#% 芯片特性、时序和数据转换工作过程原理。模数转换器 *+&#% 的 ( 个转换周期只需要 (,#- !.，所以非常适合应用在光电轴角编码器中，采用 ! /01 晶振频率的 (# 位 2(3#42 微处理器来提高编码器运 行速度，同时介绍其与 2(3#42 单片机硬

2、件接口电路和在编码器中的莫尔条纹细分的软件设计流程，最后阐述其在光电 轴角编码器的应用结论和转换开始后输入信号和跟踪 5 保持信号的时序图的应用结论。关键词： 模数转换器；光电轴角编码器；单片机；莫尔条纹 中图分类号：6788- ,(文献标识码：*文章编号：(! (%(（!#）# % !()*+,- . /,/0)* 1+(234034 !&#% )(5 607 !88*/9)0/+(7/( 6(0348+*)0/+( +: ;(9+5349: 0;?AB(，C0: DE FEA(，G: 2?H;A IEAB!（# ? 6(70/003 +: A39(,/(334/(,，C/*/( D(/23

3、47/0-，1)(,9( #$%&，1/()； & ? C/*/( E+9)0/+()* F G39(/9)* 1+*3,3 +: G4):/9，1)(,9( #$%#&，1/()） !H704)90：JAKLM K? ?EN O;KHL，KEPEAB.，M;K; AQLK NL. ;AM NLEAENF ?EN E. ; PNFK ;A;FB.EBA;F NL.L OL K? EAKLNF;KEA EA K? N?KKLE;F LML ;AM EK AQLK ) /;A R?EF，;MLNL.LI.K;F OLTHAI K EPNLML .NM ) 6?A EAKLM K? *+&#% EA

4、 KLO; ELHEK. REK? 2(3#42 ;AM K? .OKR;L M.EBA OFKE;KEA. O /H.M K?;NNFE;KEFH.EA. OL K? EAKLNF;KEA EA K? N?KKLE;F LML ;AM K? KEPEPB ME;BL;P V 5 ?AQLKL )I3- J+457：;A;FAQLKL；N?KKLE;F LLNL.L；PE3333 33 信号 ) 和信号 5 分别为放大器输出的信号噪声3。从表 ) 可以看出信号的噪声频率为 3 =，在不带有单片机处理电路时，放大器输出的信号的噪声幅值都明显降低。从实验结果来看， 它们的存在对转换器的影响不大。采

5、用 ?ABCDEFEG ?H4,)5型 )I 存储示波器仔细观察带单片机后对 - # 转换的影响。 图 , 和图 ! 为当输入信号 ) 和输入信号 5 启动 -# 转换后的采 系统中， - # 转换通道的选取方法是通过软件方式选通的，它 的流程图见图 5。 开始!选通 - #，既 (6 7 !清位 0)1 7 !0) 1 置 )，启动 - # 转换并选通 ! 路转换通道 # ! 9片选 () 8:!图 ) 输入 ( 和 * # 转换后的采样* 保持时序比较! -# 转换结束图 !*# 转换程序流程图 * # 实验结果和误差分析 )5 位 - # 转换器的输入电压范围为 . ) /，则它的最低有

6、效位对应的输入电压为 ! 2 % ;/ 1 在实验中，采用发光二极管来显示!实验结果。从显示结果来看，该 )5 位 -# 转换器的分 辨率能够达到 )5 位，这可以提高整个编码器的分辨率和精度。实验中万，影方响数据 - # 转换器分辨率和精度的因素有很多，如 图 输入 ! 和 * # 转换后的采样* 保持时序比较 （下转第 ! 页）依次读出 ! 路输出信号，存入寄存器 M*(GHO%4*G N4.K*)VO4 J*L C4*(HWO* 8 $77/出波形较好，如图 ! 所示。 表 $贴片电容焊接方式下的电路输出 ( = 56输出电压= %( = 56输出电压= % 。电路理论分辨率为 7 8

7、& ;6，产生的分辨率误差有两方面因素：电路热噪声和传感器模型误差。传感器模型采用标称电容建立，由于工艺的限制，电容组装的误差很难控制在 ;6 以下，对图 ! 低通滤波电路图 将解调后的信号经过滤波器得到需要的信号： $ #于实际的传感器分辨率将会提高。采用普通 ?+ 板制作电路，电路的布局对于这种小信号检测的影响非常大，传感器输入接口的连 线尽量做到对称，防止引进额外的寄生电容，接地部分采取单点接地，合理放置电源去耦电容。如果采用混合封装工艺，就可以 祛除较大的电噪声，将使电路检测性能进一 步提高。 !（ ）!（ ）（&）%!如果输入信号 $ %（ ）中含有噪声时， $%（ ） #%!（ ）

8、()*!+ , %& ()（* !& ,& ） （&-）式中：!* 为噪声信号频率；* 为噪声信号与载波信号的相位差；%& 是噪声电压幅度。 在一般情况下，!*!+ 低通滤波后的输出为 & #!（ ）, & #!（ ）!（ ）.（( ! , ） （&/） $%$%*0!*式中 !+ 0 。若! 大于低通滤波器的截止带宽，经低通滤波器后的输出噪声就受到衰减；反之则噪声不变。所以在选择低通滤波器的截止频率时，要根据信号的带宽和抑制噪声两方面进行考虑。 实验结果和讨论 利用大电容和小电容串联的方法模拟了加速度计的微小电图 % 电路输出拟和曲线 容的变化。如图 2 所示，其中 (&($ ，(3为可更换

9、的大电& 结束语 基于电荷放大器的加速度计接口检测电路，大大减小了寄生电容对精度的影响，实现简单，成本低，最后输出包含加速度信息的直流信号，便于进行模数转换的后续处理，可满足于中低精度的电容式微加速度计的检测需求。同微加速度计表头混合封装，可以组装成高性能的集成式微加速度计。 参考文献： & 王亚强 ，丁纯 A 采用锁相技术的微小电容检测电路A 仪表技术与传感器，&99（9 ）：$/ :7 A$ 李宝清，陆德仁，王渭源 A 高线性微机械差分电容式加速度计测量电路A 测控技术，&999（&7）：&$ & A: 凌海A 锁相电路在分析仪器中的应用A 分析仪器，$77（$ $）：: / A BCDE

10、 A DF4.GH*).( ;H I).H%J.K)*4L M*4HG)JF C4*(H( A NHJ*(LO.4H(P9!， &99!（!）：&/9 &!$ A容。则由电容 ($ 和 ( 3 串联的等效电容为 ($ ( 3 ( 4（&!）( , ($3图 #微小电容变化实现方式 若 (&($ $56，( 3 &77 56，则 ( 4 & 8 9/7 2 56，则实现了(7 8 7:9 $ 56 的电容变化。通过增大电容 ( ，则可以实&43现更小的电容变化。 表 & 为更换不同贴片电容时的电路输出电压值。拟合曲 线如图 9 所示，曲线 & 为采用最小二乘法拟和后的输出曲线，曲线 $ 为理论输

11、出曲线。 经过计算，电路分辨率为 & ;6，灵敏度为 &9 8 - = 56，非线性 - 王寿荣A 硅微型惯性器件理论及应用A 南京：东 南大学$777 A， 作者简介：，（&927），硕士研究生，主要从事微小信号检测的研究。 （上接第 & 页）样 = 保持时序比较。 可以看出，在 Q = R 转换器启动转换后的采样= 保持阶段，信号的噪声小于 82 %，此时的电源噪声已经不起作用，从而保证 Q= R 转换器的转换精度和分辨率。参考文献： & 赵书尚，郭冰普，韩建海，等；基于 27+&9/S 单片机的在线式 5TJ检测仪A 仪表技术与传感器，$77-（!）：&7 & A$ 刘国强万，安方钢数王

12、据珂晟 A 基于 &/ 位单片机的液压系统检测仪的设 计A 仪表技术与传感器，$77-（:）：&7 & A: 孙涵芳A MTNDU&/ 位单片机A 北京：北京航空航天大学&!7 &! A，&99-： 熊经武，万秋华 A $: 位绝对式光电轴角编码器A 光学机械，&997，$： -$ /7 A- 野村英司，山口和彦，今井秀树 A I 系列用，误检出，订正可能位置换出器A 电子情报通信学会论文志 Q，东京，&992 A作者简介：于浩成，（&9!），在读博士，主要研究方向为机械电子工程。 模数转换器AD7864及在光电轴角编码器中的应用 于浩成， 朱喜林， 卢川英， YU Hao-cheng， ZH

13、U Xi-lin， LU Chuan-ying作者： 作者单位：于浩成,朱喜林,YU Hao-cheng,ZHU Xi-lin(吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130025)， 卢川英,LU Chuan-ying(吉林交通职业技术学院,吉林,长春,130012)刊名：仪表技术与传感器TRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 2006，(6)2次 参考文献(5条) 1.赵书尚.郭冰菁.韩建海.朱坚民 基于80C196KB单片机的在线式pNa检测仪期刊论文-仪表技术与传感器 2005(7)2.刘国强.安钢.王珂晟 基于16位单片机的液压系统检测仪的设计期刊论文-仪表技术与传感器 2005(3)3.孙涵芳 Inter16位单片机 19954.熊经武.万秋华 23位绝对式光电轴角编码器 1990(2)5.野村英司.山口和彦.今井秀树 M系列用,误检出,订正可能位置换出器 1998相似文献(0条) 引证文献(3条) 1.曹永昌.东健慧.王仁臻