3.3 交流放大器

　　微机械惯性传感器在施加激励信号后,即处于振动状态。传感器有差动微电容量变化C0+ΔC和C0-ΔC。采用电荷放大器电路提取出ΔC,此电压信号仍然很弱,需要进一步放大处理,于是采用图8所示的交流放大器。

    交流放大器由4个放大倍数为-1、-2、-5、-10的运算放大器级联组成,进一步放大被测信号,同时调整幅值以便适应解调器的输入。图8中的开关选用ADG211模拟开关,通过控制模拟开关的开合,可以任意选择某级或某几级放大器参加工作,实现对放大倍数正负1、2、5、10、20、50、100的整倍数调整。例如,将模拟开关S0、S2、S8、S13闭合,其他开关全部打开,交流放大器的总放大倍数即为:(-1)×(-2)×(-10)=-20。

3.4 数据采集系统

　　使用计算机总线,与外设之间必须有接口。本系统采用双端口RAM作为数据缓存。先将信号采样并存储其中,然后成组地向主机传送,从而有效地发挥了主、从资源的效率,且设计也相对简单。

3.4.1 系统工作原理

　　系统基本组成原理如图9。主要有双端口RAM、逻辑控制模块、A/D转换器组、计算机接口。主机通过接口启动逻辑控制模块后,CPU资源向其他请求开放,逻辑控制模块发控制信号启动A/D转换器并进行采样,并将转换结果存入双端口RAM。当RAM中的数据达到一定数量时,逻辑控制模块向计算机发出中断请求。主机接到请求后进入中断服务程序,向逻辑控制模块发出命令,决定是否继续采样,并将RAM内的数据读入内存。

3.4.2 硬件设计

　　本设计使用Cypress公司的CY7C136(2k×8bit)双端口RAM。其两个端口都有独立的控制信号、片选CE、输出允许OE和读写控制R/W。这组控制信号使得两个端口可以像独立的存储器一样使用。使用这种器件要注意当两个端口访问同一个单元时,有可能导致数据读出的结果不正确。解决这个问题的方法有两个:一种是监测busy信号输出,当检测到busy信号有效时,就使访问周期拉长,这是从硬件上解决;另一种方法是软件上保证两个端口不同时访问一个单元,即将双端口RAM进行分块。本系统采用后者,将busy信号输出通过上拉电阻接到电源正极。

　　在系统中,逻辑控制模块的作用非同小可,是控制采样、存储、与计算机接口的核心。本系统为了方便对采样速率等参数进行设置,在该模块中采用了MCS-51单片机。这样可以通过编程设定采样速率。

　　与主机的信息交换包括:

　　(1)接收主机控制信号,以决定是否开始采样;

　　(2)在存储区满后,向主机发中断请求。

　　本系统使用AT89C51的地址总线来选通RAM的存储单元,对其进行写操作,将采样结果存入相应的单元。

3.4.3 软件设计

　　系统软件包括主机程序和逻辑控制模块中89C51程序。软件的关键是单片机控制A/D转换器和存储器部分,软件流程见图10。

　　至于系统的采样速率,一般通过调用定时中断来实现。

　　微机械惯性通用检测系统针对性强(专用于微机械陀螺仪和加速度计),可实现敏感元件的自动测试,自动扫频测出传感器的谐振频率、Q值等,并且还可以在一定程度上实现硬件功能再调整,在实际检测中取得了较好的效果。