在工业现场测试过程中，由于生产中的各种参数的测试数据对生产过程具有主要的意义，因此对各种测试数据精度哀求较高。而对付传统的传感器，比如压阻式、应变桥式、热电偶、热电阻、电容式以及压电式传感器，输出的一样平常是毫伏级的微弱仿照旗子暗记，温度特性差，而且在传输过程中信噪比明显降落。因此须要设计高精度稳定性强的旗子暗记采集系统进行采集。然而采取以往的积分型和逐次比较型A／D实现高精度旗子暗记采集的难度较大且本钱很高。近年来兴起的∑-△A／D转换技能却能以较低的本钱获取极高的分辨率。AD7705便是一款比较范例的高性能16位∑-△A／D转换芯片。
本设计采取AD7705为A／D转换器，合营8位高性能PIC单片机PIC18F458组成高精度旗子暗记采集系统。硬件电路设计方面在单片机与AD7705范例运用电路的根本上做了改进，加入了光电隔离、电压检测复位等电路，使系统采集旗子暗记的精准度和可靠性都有了很大的提高，软件设计方面给出了关键部分的程序清单。目前该系统已经成功运用于某智能仪表中，在工业现场的表现良好。
1 关键器件选型
1．1 AD770S概述
AD7705芯片是带有自校正功能的∑-△16位A／D转换器，如图1所示。它包括由缓冲器和增益可编程放大器(PGA)组成的前端仿照调节电路、∑-△调制器以及可编程数字滤波器等，能直接将传感器的不同摆幅范围内的旗子暗记放大到靠近A／D转换器的满标度电压附近再进行A／D转换，还可选择输入仿照缓冲器，以及自校准和系统校准办法。此外它还具有高分辨率、宽动态范围、校准、低功耗及优秀的抗噪声性能，因此非常适用于仪表丈量和工业掌握等领域。
1．2 PIC18F458的特点
作为中高真个8位PIC系列单片机，PIC18F458是高性能的RISC CPU。具有高达2 MB的程序存储器：4 KB的数据存储器；高达10MIPS的实行速率；DC～40 MHz时钟输入；4～10MHz带PLL锁相环有源晶振／时钟输入；16位宽指令，8位宽数据通道；带优先级的中断；8x8单周期硬件乘法器。该款单片机不仅集成了强大的外围功能模块(增强型捕捉输入功能、脉宽调制(PWM)输出部件、I2C和SPI接口以及可寻址的通用同步／异步吸收发送器(USART)串行通信接口)，而且因其分外的单片机特性(自振式看门狗、可编程代码保护功能、休眠省电办法等)及前辈的fl-ash技能(低功耗、高增强型flash技能，全静态设计，2．0～5．5 V宽范围的事情电压，工业级和扩展级温度范围)，可以适用各种工业掌握场合。
本系统利用PIC18F458作为主掌握芯片，选取此芯片与AD7705合营组建旗子暗记采样系统，不仅是由于PIC18F458自身配备的主同步串行端口MSSP具有SPI事情办法，而且更主要的是该单片机的高性能能够对采集到的旗子暗记进行更加有效的处理，便于系统的进一步扩展。
2 系统设计
2．1 硬件电路设计
该系统设计用于采集氧电势和温度的仿照旗子暗记，二者分别是氧传感器和K型热电偶的输出旗子暗记。个中氧电势旗子暗记的输出范围是0～1．25 V，温度旗子暗记的输出范围是0～50 mV，系统事理框图如图2所示。
2．1．1 AD7705及前端采集电路
图3为AD7705的外围电路及系统的前端采集电路。氧电势和温度旗子暗记首先要进入滤波电路去除滋扰杂波然后进行精密放大，这里采取低功耗双运算放大器MCP602和反馈电阻组成放大电路，MCP602具有偏置电流低、运行速率快、开环增益高以及满幅输出等特点，而且其很宽的带宽非常适用于A／D转换器的驱动放大器。由于供应给AD7705的基准电压是2．5 V，调节反馈电阻使氧电势和温度放大后的旗子暗记V_01和V_02都在0～2．5 V之间。
基准电压在AD7705的外围电路中最为主要，它直接影响数据采集的精准度，这里采取的是高精度2．5 V参考电压源MCP1525，它采取前辈的CMOS电路设计和EPROM存储办法，在韶光和温度稳定性上具有明显上风，并且在工业级温度范围-40～+85℃范围内可正常事情，为系统旗子暗记采集的精准度供应有力保障。
值得把稳的是在设计AD7705印刷板电路时必须讲究布线技巧，布线的好坏直接影响数据转换精度，乃至会引起芯片事情失落常。履历表明，AD7705该当布设在一个相对独立和集中的区域，数字区和仿照区尽可能在底面分开布线，仿照接地与数字接地应只在一个点连接在一起，所有电源都要加电容去耦电路，电容器尽可能靠近芯片的电源输入端。
2．1．2 光电隔离电路
为了提高通讯接口在工业现场的抗滋扰能力，采取光电隔离器件是一种大略而有效的方法，这里采取的是高速光耦6N136，如图4所示，它能够在对通讯接口进行光电隔离的同时不会影响通讯速率，可以使系统在不降落采集效率的情形下提高可靠性。由于光耦两侧的电源和地是要完备分开的，因此设计了两路电源，使6N136能达到最佳隔离效果。在设计印刷板电路时要特殊把稳6N136底下不能走数据线，这样会引入滋扰导致数据采集跳动。
2．1．3 单片机复位电路
由于工业现场环境繁芜，大略的RC复位电路在强滋扰情形下会使单片机复位引脚电压意外跌落，造成单片机事情不正常。为理解决这一问题，这里采取电压检测复位芯片HT7044，它能够检测4．5 V的固定电压并具有稳压功能，可以知足系统设计稳定性的哀求，如图5所示。
2．2 软件设计
AD7705内部只有一套模数转换电路，通道1和通道2的选择通过软件设置进行切换，实际运用中每每须要对不同通道采纳不同的增益，动态地对AD7705进行增益、通道设置，很灵巧方便地达到这一目的。利用AD7705之前，首先要对所有寄存器进行设置，才能担保器件正常事情。在实际利用中，首先选择仿照输入模式(单极性还是双极性)、是否须要缓冲、时钟分频和输出更新速率；根据外部输入旗子暗记的幅度来决定设置器件的增益值。
该系统中的AD7705在运用中选择输入通道单极性、初始增益即是1、数据更新速率为500 Hz。AD7705的读写操作严格按照时序进行，图6和图7给出了AD7705的读和写时序图。根据实际确定所有参数往后，对AD7705芯片进行设置，参数设置方法比较独特，在设置参数之前，首先对通信寄存器进行一次写操作，来决定下一个是什么样的寄存器和什么样的操作内容，再进行下一步的参数写入，图8给出了AD7705初始化及读取数据流程图，读者可参考下面的AD7705初始化程序。
初始化往后，单片机就可以从模数转换器中读数据，读取数据之前必须确定数据寄存器的状态，DRDY引脚处于低电平时表示数据转换已经完成，可以读取数据。为了便于读者理解，给出读数据寄存器的函数原代码如下：
3 结束语
该系统实现了高效率和高精度的旗子暗记采集，具备很强的抗滋扰能力。目前已经成功运用于某智能仪表，使智能仪表在工业现场采集旗子暗记精度得到提高的同时掌握精度也相应得到提高，并且仪表运行的可靠性和安全性得以增强，实现了一定的运用代价，具有非常广阔的运用前景。
