基本数学方法的线性传感器与ADC接口设计

　　8位微型控制器的价格便宜、使用广泛，因此在测量系统中加入“智能”设计变得越来越常见，并且可以使用现在通用的高级语言(例如C语言与Basic语言)进行编程。通常，最大的难题是将传感器的输出信号转变为符合微型控制器模数转换器(ADC)输入范围的信号端电压。

　　利用数学基本原理与系统化方法，我们可以很容易确定并设计出所需硬件。通常这种设计技术足以应用于所有的线性传感器。

　　对应8位ADC的常用信号输入范围，设计中需将0℃到50℃温度范围转换为0V到5V。此线性传感器系统方程为：

　　如果我们选用价格便宜的1N914A硅二极管作为温度传感器，我们可以通过此类半导体热敏元件的典型方程描述这种传感器的线性特点。

　　其中VT是二极管的温度信号。通过对方程2的温度T求解并带入系统方程1，我们可以得到信号调理电路的设计方程，此方程可以表示出传感器到微型控制器ADC输入之间所需的电路结构。

　　方程3表示信号调理电路必须将VT放大-50倍并偏移33.5V。图中所示电路可以实现此设计方程，它的特性方程为：

　　对照设计方程(方程3)与特性方程(方程4)将所选元器件简化。反相加法器电路通过电阻比-RF/RI将增益设定为-50，偏移量由-(RF)VREF/ROFF设定为所需的33.5V。

　　通过使RNULL=RI，可以对任一温度下的电路零点进行校准。首先,测定VNULL并校准50kV ROFF电位器电压为-670mV,这是0℃时传感器的输出电压。然后，保持传感器稳定在一定温度下(例如24℃)，校准-50kV RF电位器使运算放大器的输出电压符合系统方程：VO(24℃时)=(100mV/℃)(24℃)=2.40V。