基于P87LPC764的便携式测量仪表的设计

一、设计出发点

在实际的工作中，常常需要到一些复杂的环境中或者野外进行数据采集或者测量，这就要求测量仪器具有体积小、功耗低、偏于携带、集成度高等特点。基于这种思路，本人设计了以 P87LPC764 单片机为核心的便携式智能仪器，既能满足到复杂环境进行数据采集的要求，回来后又可以通过通讯接口把数据传到通用计算机进行处理分析。

二、设计思路

在测量中经常需要把模拟量转换为数字量，常用的方法是采用 A / D 转换器进行转换，再提供给单片机进行处理。一般的 A / D转换器需要较多的外围元件，电路复杂。而P87LPC764 单片机集成有模拟转换器，可以用做出简单实用的Σ - Δ A D C 转换器，既能满足转换要求，转化速度也比较快，又节约了成本，提高了电路集成度。

1 、Δ A D C 转换器模型及单片机实现方案

图 1 为Σ - Δ ADC 转换器模型，模拟信号经过输入采样与一位 DAC 转换器的输出一起送到减法器，得到的差分信号进行积分，结果通过一个比较器（1 位 A D C ）输出二进制码流，同时又是一位 DAC 的输入，在这种情况下，在比较器的输出端输出脉冲串，脉冲串的占空比代表了输入量的大小。

Σ - Δ方法的基本思想是采用过采样技术，把更多的量化噪声压缩到基本频带外边的高频区，并由数字低通滤波器除掉这些带外噪声。所以Σ - Δ A D C 转换技术有 3 个重要的优点：一是采用一位编码技术电路简单，二是ADC 前面的抗混滤波器设计容易，三是提高了信噪比。

实现Σ - Δ A/D 转换器的关键在于强输出I/O 口以及模拟比较器。而 P87LPC764 单片机完全满足这两个条件。用 P87LPC764 单片机实现的电路方案见图 2。这种方案由于相对于被测信号量化，被测信号即为量化基准，二者之间无电压差，其积分为 0，所以只对反馈信号才起积分作用。A 点电压围绕Vin 变化，实现Σ - ΔADC 差值（Δ）和积分（Σ）的作用。完全符合Σ - Δ模型。输入端增加一电阻电容，形成一阶 RC 低通滤波器，消除高频杂散信号，由抗叠混滤波的作用，同时也可以补偿比较器的失调误差。

2、系统硬件组成：

系统硬件原理图见图 3 ，（简单描述连接关系）P87LPC764 采用 80C51 加速处理器结构，2 0 M H z 的处理能力相当于 4 0 M H z 的传统C 5 1 ，最大程度减少了功耗和电磁辐射，提高了高干扰能力。节电模式下，典型电流小于 1μ A,在 32kHz 下的工作电流仅为 16 μ A。具有内部 6MHz 的 RC 振荡器，内部 Watchdog电路以及内部复位电路，而且利用软件及简单的外围元件实现Σ - Δ ADC ，成本和体积大大缩小。