在許多電子設備中需要對微弱信號進行高精度處理，因此需要采用儀器放大器，常見的有傳統三運放儀器放大器和單片儀器放大器。由于單片儀器放大器的高精度、低噪聲及易于控制、設計簡單等特點，深受設計者喜愛。

　　AD620作為一款單片儀器放大器，具有低功耗，通過外部電阻可實現高增益的芯片，同時具有低輸入漂移和溫漂等特點。

　　STC12C5A60S2是一款具有A／D轉換功能的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。具有8路高速10位輸入型A／D轉換（250k／s），可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。用戶可將任何一路設置為A／D轉換，不需作為A／D使用的口可繼續作為I／O口使用。

　　文中介紹了如何利用STC12C5A60S2和AD620等芯片設計并完成小信號（電壓型）的采集系統。

　　1系統硬件設計

　　1．1系統原理框圖

　　一般信號在使用前，需要先濾波后放大，或者先放大后濾波，然后經過A／D等手段獲取（感知）信號。對于小信號而言，信號幅值只有幾毫伏，甚至更小，如果先濾波，可能會將有用信號濾除，因此，在這種情況下，需要先進行放大，然后濾波，再進行A／D轉換或其他處理。根據本系統特點，系統中存在的干擾可以忽略，因此不考慮信號濾波環節，因此，系統主要通過信號提取、信號放大、A／D采集3個重要環節實現。第3個環節產生的數據，可以指導人們的工作，或顯示相關的信息。整個系統原理框圖如圖1所示。

　　圖1系統原理框圖

　　1．2芯片供電電路設計

　　AD620作為一個放大器，可以使用單電源或者雙電源工作，但是使用雙電源工作時，其性能優于單電源。在集成電路設計中，單電源易于實現，但考慮到芯片的工作性能，本系統中采用雙電源供電。利用ICL7660S芯片，將外部單電源轉換為雙電源。ICL7660S是一個電壓轉換芯片，可以實現由正電壓轉換為負電壓的功能，其外圍電路也比較簡單，具體電路如圖2所示。

　　圖2 電源實現原理圖

　　系統中其他芯片均采用5V單電源供電，對接入的5V電源不需做任何處理即可使用，此處不做說明。

　　1．3信號調理電路

　　實際的微弱信號，一般為mV級，甚至更小，在處理前，需要進行放大，然后進行A／D采集。根據STC12C5A60S2具有的A／D功能，需對信號進行精確放大，使其達到V級，因此采用AD620放大器。AD620對2路輸入差分信號具有較好放大效果，在實際應用時，信號一般由電橋產生。為了實現信號放大，AD620需要外接電阻，由其與內部電阻共同確定放大倍數。設放大倍數為G，則有下式。

　　G=（RG/R1）+1（1）

　　也可寫為下式：G=49.4kΩRG+1（2）

　　1）式中RG為AD620內部電阻，R1為外部電阻。由（1），（2）式可看出，（1）式中RG大小為49．4kΩ。

　　調理后的信號經過AD620的6腳輸出，此時可直接接入A／D轉換芯片，實現數據采集，使用時縮小相應倍數即可。信號調理原理如圖3所示。

　　圖3信號調理電路

　　1．4系統去耦電路

　　由于系統主要實現小信號的放大以及放大后的A／D轉換，而本系統完成A／D功能的芯片，即STC12C5A60S2，以自身工作電源作為參考電壓，為了保證轉換結果的一致性，需要確保電源電壓的穩定。濾除電源中的干擾，可通過多電容并聯濾除，電容并聯后容值增大，但是電容內部的等效電阻卻因并聯而減小，有利于降低損耗，因此很多時候將多個電容并聯起來使用，實現原理如圖4所示。

　　圖4電源去耦電路

　　1．5A／D轉換的實現

　　前面提到STC12C5A60S2是一款具有A／D轉換功能的單片機，具有使用方便、簡單、功能多等特點，其A／D轉換最快只需90個時鐘周期（和其工作頻率有關），本系統采用其實現A／D轉換。