一种高精度位移测试仪的设计

　　高精度位移测试仪可用于精确测量物体的位置、长度和厚度的变化。例如，可通过测定浮在液体中浮子的升降来测量液体的变化，它适合于一些要求很高的物体定位场合。这里所介绍的就是能满足这一要求的数据采集系统。该系统采用ADS1212作为A/D转换器，它是美国BB公司推出的一种高性能A/D器件，是一种宽动态范围、采用单+5V电源供电、具有24位精度的器件。

　　ADS1212采用18脚DIP封装，结构如图1所示，其内部由可编程增益放大器(PGA)、二阶Σ-Δ调制器、调制控制单元、可编程数字滤波器、微控制器单元、寄存器组(指令寄存器、命令寄存器、数据寄存器、校准数据寄存器)、一个串行口、一个时钟电路和一个内部电压基准等组成。图2为系统组成框图，由图可以看出位移信号的整个流程。

　　硬件关键电路

　　(1)电源部分

　　由于系统采样精度高，所以要求电源电路的噪声必须特别小。本系统采用的是外部基准电压源，用ADR291作为2.5V基准电压输出，用REF196作为3.3V参考电压输入，降低了 ADS1212 的功耗(约降低 3mA)，用 MAX633 作 +5V电压稳压芯片 ，MAX664 作 -5V 电压的稳压芯片。为满足ADS1212的特殊要求设计的电源电路如图3所示。

　　(2)信号输入电路

　　信号经高精度的位移传感器(GA/MA/SMA系列)变为电信号后，通过多路开关(MAX198)选择，然后经过跟随器(INA141运放组成)输出，再由电阻网络交给A/D转换器。为了减少噪声的影响，ADS1212的负输入端AINN接2.5V基准电压，这样能保证输入在-5～+5V内变化时，AINP端的电压范围为1.25～3.75V。以2.5V为零点，实现了对地信号的采样转换(电路如图4所示)。

　　(3)ADS1212与AT89C52的接口电路

　　ADS1212与AT89C52的接口采用四线制通讯方式，单片机的P1口作为与ADS1212的数据输入通道。采用外部中断方式读取采样数据结果。采样数据由SDOUT输出，命令数据由SDIO输入，SCLK作为同步时钟，同时将单片机与MAX1487E相连，来实现与上位机的通信。从系统的校正角度出发，本系统将ADS1212设置为从属方式(因为在一个转换周期内可以执行多条指令)，片选端接地，同步信号输入DSYNC接高电平。为了有效地防止程序“跑飞”，采用了MAX706作为系统的看门狗。连线简图如图5所示。

　　系统软件设计

　　本系统采用模块化的结构设计，主要模块包括系统复位初始化模块、A/D转换控制模块和数据处理模块等。因为A/D转换模块和数据处理模块可随具体应用变化，所以应跟随具体要求来编写。系统复位初始化模块包括单片机端口初始化，ADS1212工作状态初始化等。为了保证初始化的正确性，在ADS1212的初始化完成后，采用读出CMR中的一些字节的数值(只能读出CMR3，而不能读CMR2，因为ADS1212工作模式己经改变)来进行比较的方法，以确认初始化是否正确。限于篇幅，具体的程序不作介绍，只列出了软件复位程序片段的流程图(如图6所示)。