現(xiàn)代測量與誤差分析作業(yè)

1、現(xiàn)代測量與誤差分析作業(yè)摘要：本文介紹了由51單片機、AD7934-6轉換器、濾波電路及多路選擇開關組成的四通道數(shù)據(jù)采集電路，包括采集電路設計的依據(jù)和所用到的元器件的參數(shù)與型號,并給出了ADC驅動程序。一、整體的設計要求及總框圖： 1、壓力傳感器的量程：0100Kg; 2、傳感器靈敏度：0.01Kg; 3、傳感器分辨率：0.01 Kg; 4、傳感器信號輸出頻率：<1000Hz; 5、測試系統(tǒng)工作量程：050Kg; 6、測試過程中具有高頻擾動； 7、測試系統(tǒng)工作溫度范圍：4060 。 8、傳感器輸出采用電流輸出：4-20mA標準電流輸出要求： 1、設計四通道數(shù)據(jù)采集電路,ADC采用AD793

2、4-6； 2、各通道采樣周期<5ms; 3、詳細說明采集電路的設計依據(jù)； 4、CPU可不指定型號，采集電路與CPU的接口由示意圖形式表示； 5、給出采集電路所有用到的元器件的具體型號、參數(shù)，主要考慮的指標； 6、提供主要元器件的說明書； 7、給出ADC的驅動程序?？偪驁D：四通道數(shù)據(jù)采集電路如圖1所示。圖1 四通道數(shù)據(jù)采集電路總體設計原理圖四路傳感器同時采集信號，輸出四路模擬信號，經(jīng)過低通濾波調理電路濾除高頻干擾后，由多路選址開關選通其中一路輸入A/D轉換模塊，其中選通信號由CPU進行控制，轉換過的數(shù)字信號輸入CPU。二、主要元器件選擇2.1濾波電路測試過程中具有高頻擾動，所以在AD轉換芯

3、片前需要加一個低通濾波器。因為各通道采樣周期<5ms，那么采樣頻率f>1/0.005=200Hz。那么根據(jù)奈奎斯特頻率在進行模擬/數(shù)字信號的轉換過程中，當采樣頻率大于信號中最高頻率的2倍時，采樣之后的數(shù)字信號完整地保存了原始信號中的信息，一般實際應用中保證采樣頻率為信號最高頻率的510倍。因此fs/2=f/2=100Hz。為消除頻率混淆，在采樣前先用一個截止頻率f<fs/2=100Hz的低通濾波器把高于fs/2的頻率分量濾掉，其中f=1/2RC,保證采樣時被采樣頻譜只包含低于fs/2的頻率分量，滿足奈奎斯特采樣定理。通道0的低通濾波電路如圖2所示。其他通道類似。圖2 低通濾波

4、電路2.2AD7934-6轉換器AD7934-6轉換器芯片的引腳如圖3所示。引腳的功能描述見表1。圖3 AD7934-6引腳分布表1 AD7934-6引腳功能描述引腳序列號符號說明1VDD提供輸入電壓，范圍為2.7V到5.25V。2字或字節(jié)輸入。當輸入為高電平時，字傳輸模式啟動，數(shù)據(jù)于引腳DB0至DB11之間傳輸；當輸入低電平時，字節(jié)模式開啟。數(shù)據(jù)和通道在DB0至DB7之間傳輸，DB8為HBEN模式。3 至10DB0至DB7數(shù)據(jù)位0到7。三個并行數(shù)字I/O引腳提供轉換結果，允許控制存放器可編程。DB0到DB7由、和三個引腳決定。11邏輯輸入電源。改電壓的大小決定了轉換器并行接口的電壓。改引腳需

5、通過電容接地。該引腳電壓可以和VDD的電壓不同，但是比VDD的電壓不能超過0.3V。12DGND數(shù)字地。13DB8/HBEN當引腳為高電平時，此時DB8有效，為三態(tài)I/O口。當引腳為低電平時，HBEN有效，為高字節(jié)引腳。當HBEN為低電平時，低字節(jié)DB0至DB7可以讀寫；當HBEN為高電平時，DB0至DB3可讀寫。當讀時，DB4和DB5包含了轉換的信息，DB6和DB7總是為0。當寫時，DB4至DB7必須為0。14至16D89至DB11數(shù)據(jù)位9至11。這些引腳為、和所控制。17BUSY輸出口。邏輯輸出反響了轉換的狀態(tài)。在引腳下降沿時，該引腳跳變?yōu)楦唠娖?。當轉換完成，轉換結果保存在輸出輸出存放器中

6、，該引腳輸出變?yōu)榈碗娖健?8CLKIN時鐘輸入。時鐘頻率決定了轉換時間。時鐘信號可以是連續(xù)的，也可以為斷續(xù)的。19轉換開始輸入。該引腳的下降沿用來初始化轉化。該引腳上下電平變化時，完成一次A/D轉換。20寫輸入。當?shù)碗娖綍r，可以向存放器寫入數(shù)據(jù)。21讀輸出。低電平時，可以訪問輸出結果。當為低電平，并且為下降沿時，轉換結果位于數(shù)據(jù)線上。22芯片選擇。低電平輸入時，結合、引腳，讀取轉換數(shù)據(jù)或寫入數(shù)據(jù)。23AGND模擬地。24參考輸入或輸出電壓。25至28模擬輸入口。AD7934-6的連線圖見圖4所示。AD7934-6并行接口轉換和讀取的方式見圖5所示。圖4 AD7934-6的連線圖圖5 AD793

7、4-6的轉換和讀取時序圖2.3CPU的選擇因為A/D轉換器的轉換速率tC轉換時間、t0休止時間，N為A/D轉換器通道數(shù)，應大于傳感器采樣頻率，在考慮到本錢的情況下，選擇AT98C51單片機。三、硬件電路設計及ADC驅動程序電路根據(jù)功能分為單片機模塊和A/D模塊。圖6是A/D轉換電路單片機模塊原理圖，圖7是A/D轉換電路AD模塊原理圖。 圖6 A/D轉換電路單片機模塊原理圖 圖7 A/D轉換電路AD模塊原理圖單片機P1.0引腳和AD7934-6的引腳相連接，單片機通過查詢此引腳的上下電平檢測是否完成一次A/D轉換；P1.1腳和HBEN引腳相連，單片機通過設置此引腳可以讀取12為數(shù)據(jù)的上下位；P2

8、.0腳的作用是通過反相器74LS04向AD7934-6提供片選信號ADCS；START為外部控制腳，它通過觸發(fā)單片機的外部中斷0啟動A/D轉換；D0至D7為8位數(shù)據(jù)線和AD轉換器的響應位連接。74LS04為6輸入反相器，這里用到其中一路，它的作用是對單片P2.0引腳信號取反，從而提供應A/D芯片片選信號ADCS低電平有效。AD轉換器的時鐘信號由單片機的ALE引腳提供，讀、寫引腳/RD、/WR和單片機AT89C51的讀寫引腳分別相連；HBEN引腳由單片機控制輸入，可以得到12位轉換結果。A/D轉換電路涉及到摸擬和數(shù)字信號，為保證最正確的性能，在印制電路板設計時需要仔細考慮。為了減少噪聲，應該讓模

9、擬信號和數(shù)字信號分開，盡量讓數(shù)字地線處于數(shù)字信號線之間，“模擬地和“數(shù)字地分開處理，最終在電路板的 邊角處相連。ADC的驅動程序如下所示。unsigned char CH0DataL,CH0DataH;#define ADCH0 XBYTE0X0100SBIT ADINT=P1.0;SBIT HBEN=P1.1;void main()EA=1;EX0=1;/翻開外部中斷0While1;/等待外部中斷0啟動模數(shù)轉換/*外部中斷0效勞子程序*/void int0svr(void) interrupt 0 using 1EX0=0;/關閉外部中斷0adch0=0x40;/*查詢AD7934-6的中斷輸出ADINT,檢測是否完成了信號的一次模數(shù)轉換*/While(ADINT!=0)HBEN=0; /先讀低位CH0DataL=adch0;HBEN=1;/再讀高位C