基于XMEGA的便攜式電解質分析儀的設計

如圖2所示，采用3個運算放大器組成的測量放大電路，前段有2個高輸入阻抗的CA3140構成差動輸入。后端的HAl7741實際上是一差動跟隨器，其增益近似為1。為了保證放大器的精度，負反饋電阻選擇高精度低溫漂的精密電阻，且電路閉環增益不太大。同時為防止電路板表面的漏電流，對電路板進行了局部鏤空。為了能在野外惡劣環境下工作，對電路板還進行了防潮處理和電子屏蔽。
電極信號有鉀、鈉、氯、鈣和pH共5路，分別經各自的放大電路后連接到ATxmegal28A1微處理器的A／D模塊端口。
2．2 鍵盤接口
為便于用戶使用，該系統共36個按鍵，其中有26個英文字母按鍵、4個快速功能按鍵、4個方向按鍵以及確定和取消按鍵，這些按鍵制作成6x6的薄膜開關按鍵。所有按鍵均有CH452器件控制，這樣可降低主處理器的工作負擔，大大簡化了軟件編寫程序。CH452內置64鍵鍵盤控制器，基于8x8矩陣鍵盤掃描；內置按鍵狀態輸入的下拉電阻；內置去抖動電路；鍵盤中斷，可以選擇低電平有效輸出或者低電平脈沖輸出；提供按鍵釋放標志位，可供查詢按鍵按下與釋放；支持按鍵喚醒，處于低功耗節電狀態中的CH452可以被部分按鍵喚醒。

圖3為基于CH452的鍵盤接口電路。為了防止按鍵被按下后，CH452的SEG信號線與DIG信號線形成短路，在CH452的DIG0～DIG5引腳與鍵盤矩陣之間串聯有限流電阻，圖3中R40～R46，其阻值為10 kΩ。CH452采用4線制與主處理器ATxmegal28A1鏈接，占用主處理器1個中斷接口和
l組SPI接口。
2．3 USB通訊接口
為便于儀器現場使用方便，該系統設計了對外信息輸送的USB接口，可使儀器便捷地與各類存儲器及電腦連接。其中，USB接口控制器采用CH357器件。CH357支持USB-HOST主機方式和USBDEVICE／SLAVE設備方式。在本地端CH375具有8位數據總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可方便地掛接到ATxmegal28Al微控制器的系統總線上。圖4為CH375與主控制器的連接電路，CH375的TXD引腳直接接地，從而使CH375工作于并口方式。電容C1201用于CH375內部電源節點退耦，采用0．01μF的高頻瓷片電容，可提高接口的EMI要求。電容C47和C1202用于外部電源退耦，采用0．1μF的高頻瓷片電容。晶體X11、電容C1203和C1204用于CH375的時鐘振蕩電路。USB-HOST主機方式要求時鐘頻率比較準確，X11的頻率是12 MHz±0．4‰，C1203和C1204是容量約為15 pF的獨石電容。LEDl為數據傳送指示燈，用戶可以直觀觀察數據傳送狀態。