基于單片機的PSD數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計方案（二）

圖5中，使能端EN(3)與+5 V相連，使其始終處于工作狀態(tài);信號輸入端S1~S4(13、11、10、9)分別與PSD輸出信號Diff X、Diff Y、Sum X、Sum Y 相連;輸入信號選擇端A0、A1(16、1)分別由Mgea16 單片機的I/O 口PC3(25)、PC4(26)控制、A2(4)與GND相連，依序選通4路輸入電壓信號，送至圖6所示的電壓跟隨器后進入AD1674進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換;

3.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路

AD1674是美國AD公司推出的一款12位帶并行微機接口的逐次逼近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片?；咎攸c和主要參數(shù)如下：

帶有內(nèi)部采樣保持的完全12位逐次逼近(SAR)型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器;采樣頻率為100 kHz;轉(zhuǎn)換時間為10 μs;數(shù)據(jù)可并行輸出，采用8/12 位可選微處理器總線接口;采用雙電源供電：模擬部分為±12 V或±15 V,數(shù)字部分為+5 V.

如圖7 所示，AD1674 的數(shù)據(jù)輸出端口DB4~DB11(20~27)與單片機的PB口(1~8)相連;AD1674工作狀態(tài)由邏輯端口(2~6)控制，其真值見表1.

由單片機控制CE 為高電平，CS、R/C、A0 為低電平，啟動12 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端口STS(28)與單片機的PD2(16)相連，當STS為高電平時，AD1674處于模/數(shù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，而STS為低電平時，模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束，可以讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù);由于只采用8個輸入端口讀數(shù)據(jù)，故轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)需要分兩次讀出：即先將R/C、A0端口(5、4)電平置高，讀低4位數(shù)據(jù)至單片機，然后將A0端口電平置低，讀高8位數(shù)據(jù)至單片機。

3.3 單片機控制電路

單片機是整個電路系統(tǒng)的核心部件，其作用是控制實驗過程和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、存儲與傳輸。本實驗采用ATMEL 公司的Atmega16單片機，其引腳及功能如圖8所示。

3.3.1 信號控制

單片機的PC1 口(23)接7407 同相緩沖器，信號經(jīng)電流驅(qū)動后調(diào)制激光器發(fā)光。

3.3.2 數(shù)據(jù)存儲和串行傳輸

(1)數(shù)據(jù)存儲

如圖4 所示，單片機的PB 口(1~8)與AD1674 的數(shù)據(jù)輸出端(20~27)相連，為A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓輸入口，每次傳輸8位數(shù)據(jù)。由3.2節(jié)可知，電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后為12位數(shù)字信號，需分為2次傳輸，而單片機也需要2個字節(jié)存儲1個數(shù)據(jù)。即采集PSD輸出的Diff X、DiffY、Sum X、Sum Y 等4個數(shù)據(jù)需要8個字節(jié)存儲。

(2)數(shù)據(jù)傳輸

由于采集的數(shù)據(jù)在單片機中是連續(xù)存儲的，因此數(shù)據(jù)通過RS 232 串行傳輸至計算機時，需對采集的數(shù)據(jù)進行分組、加標識，以免數(shù)據(jù)組合時發(fā)生錯誤。

表2給出了對Diff X、DiffY、Sum X、Sum Y 4個12位二進制數(shù)據(jù)編碼的規(guī)則。

即采集的一組數(shù)據(jù)，每個字節(jié)中前2位為標識位，后6位為數(shù)據(jù)位，并且只對前4個字節(jié)的標識位進行編碼。

Mega16單片機的串行通信端口RXD(14)和TXD(15)分別與MAX232串行通信芯片[8]的RXD(11)和TXD(12)端連接，通過串口實現(xiàn)與計算機的通信，并可在計算機中使用串口調(diào)試工具Comtools軟件讀取數(shù)據(jù)。最后經(jīng)數(shù)學處理，得到表示x,y 位置信息的數(shù)字電壓值。

3.4 實際電路

圖9為數(shù)據(jù)采集、信號傳輸及過程控制單片機電路的實物圖。

4 結(jié)論

本文先通過介紹高精度光電位置傳感器PSD的工作原理，并根據(jù)實際選取的SiTek公司出品的SPC01型PSD的結(jié)構(gòu)及輸出特性，然后提出了一種基于單片機技術(shù)的PSD輸出信號數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計方案。該設(shè)計方案中的電路在保證有效對數(shù)據(jù)進行快速采集的基礎(chǔ)上，具備結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、體積較小等優(yōu)點，適合在實驗室條件下進行實驗操作，為后續(xù)的PSD定位精度、輸出特性、抗干擾措施等研究奠定基礎(chǔ)。