现代测量与误差分析作业.doc

现代测量与误差分析作业摘要：本文介绍了由51单片机、AD7934-6转换器、滤波电路及多路选择开关组成的四通道数据采集电路，包括采集电路设计的依据和所用到的元器件的参数与型号,并给出了ADC驱动程序。一、整体的设计要求及总框图已知： 1、压力传感器的量程：0100Kg; 2、传感器灵敏度：0.01Kg; 3、传感器分辨率：0.01 Kg; 4、传感器信号输出频率：1000Hz; 5、测试系统工作量程：050Kg; 6、测试过程中具有高频扰动； 7、测试系统工作温度范围：4060 。 8、传感器输出采用电流输出：4-20mA标准电流输出要求： 1、设计四通道数据采集电路,ADC采用AD7934-6； 2、各通道采样周期5ms; 3、详细说明采集电路的设计依据； 4、CPU可不指定型号，采集电路与CPU的接口由示意图形式表示； 5、给出采集电路所有用到的元器件的具体型号、参数，主要考虑的指标； 6、提供主要元器件的说明书； 7、给出ADC的驱动程序。总框图：四通道数据采集电路如图1所示。图1 四通道数据采集电路总体设计原理图四路传感器同时采集信号，输出四路模拟信号，经过低通滤波调理电路滤除高频干扰后，由多路选址开关选通其中一路输入A/D转换模块，其中选通信号由CPU进行控制，转换过的数字信号输入CPU。二、主要元器件选择2.1滤波电路测试过程中具有高频扰动，所以在AD转换芯片前需要加一个低通滤波器。因为各通道采样周期1/0.005=200Hz。则根据奈奎斯特频率在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的510倍。因此fs/2=f/2=100Hz。为消除频率混淆，在采样前先用一个截止频率ffs/2=100Hz的低通滤波器把高于fs/2的频率分量滤掉，其中f=1/2RC,保证采样时被采样频谱只包含低于fs/2的频率分量，满足奈奎斯特采样定理。通道0的低通滤波电路如图2所示。其他通道类似。图2 低通滤波电路2.2AD7934-6转换器AD7934-6转换器芯片的引脚如图3所示。引脚的功能描述见表1。图3 AD7934-6引脚分布表1 AD7934-6引脚功能描述引脚序列号符号说明1VDD提供输入电压，范围为2.7V到5.25V。2字或字节输入。当输入为高电平时，字传输模式启动，数据于引脚DB0至DB11之间传输；当输入低电平时，字节模式开启。数据和通道在DB0至DB7之间传输，DB8为HBEN模式。3 至10DB0至DB7数据位0到7。三个并行数字I/O引脚提供转换结果，允许控制寄存器可编程。DB0到DB7由、和三个引脚决定。11逻辑输入电源。改电压的大小决定了转换器并行接口的电压。改引脚需通过电容接地。该引脚电压可以和VDD的电压不同，但是比VDD的电压不能超过0.3V。12DGND数字地。13DB8/HBEN当引脚为高电平时，此时DB8有效，为三态I/O口。当引脚为低电平时，HBEN有效，为高字节引脚。当HBEN为低电平时，低字节DB0至DB7可以读写；当HBEN为高电平时，DB0至DB3可读写。当读时，DB4和DB5包含了转换的信息，DB6和DB7总是为0。当写时，DB4至DB7必须为0。14至16D89至DB11数据位9至11。这些引脚为、和所控制。17BUSY输出口。逻辑输出反应了转换的状态。在引脚下降沿时，该引脚跳变为高电平。当转换完成，转换结果保存在输出输出寄存器中，该引脚输出变为低电平。18CLKIN时钟输入。时钟频率决定了转换时间。时钟信号可以是连续的，也可以为断续的。19转换开始输入。该引脚的下降沿用来初始化转化。该引脚高低电平变化时，完成一次A/D转换。20写输入。当低电平时，可以向寄存器写入数据。21读输出。低电平时，可以访问输出结果。当为低电平，并且为下降沿时，转换结果位于数据线上。22芯片选择。低电平输入时，结合、引脚，读取转换数据或写入数据。23AGND模拟地。24参考输入或输出电压。25至28模拟输入口。AD7934-6的连线图见图4所示。AD7934-6并行接口转换和读取的方式见图5所示。图4 AD7934-6的连线图图5 AD7934-6的转换和读取时序图2.3CPU的选择因为A/D转换器的转换速率（tC转换时间、t0休止时间，N为A/D转换器通道数），应大于传感器采样频率，在考虑到成本的情况下，选择AT98C51单片机。三、硬件电路设计及ADC驱动程序电路根据功能分为单片机模块和A/D模块。图6是A/D转换电路单片机模块原理图，图7是A/D转换电路AD模块原理图。 图6 A/D转换电路单片机模块原理图 图7 A/D转换电路AD模块原理图单片机P1.0引脚和AD7934-6的引脚相连接，单片机通过查询此引脚的高低电平检测是否完成一次A/D转换；P1.1脚和HBEN引脚相连，单片机通过设置此引脚可以读取12为数据的高低位；P2.0脚的作用是通过反相器74LS04向AD7934-6提供片选信号ADCS；START为外部控制脚，它通过触发单片机的外部中断0启动A/D转换；D0至D7为8位数据线和AD转换器的响应位连接。74LS04为6输入反相器，这里用到其中一路，它的作用是对单片P2.0引脚信号取反，从而提供给A/D芯片片选信号ADCS（低电平有效）。AD转换器的时钟信号由单片机的ALE引脚提供，读、写引脚/RD、/WR和单片机AT89C51的读写引脚分别相连；HBEN引脚由单片机控制输入，可以得到12位转换结果。A/D转换电路涉及到摸拟和数字信号，为保证最佳的性能，在印制电路板设计时需要仔细考虑。为了减少噪声，应该让模拟信号和数字信号分开，尽量让数字地线处于数字信号线之间，“模拟地”和“数字地”分开处理，最终在电路板的 边角处相连。ADC的驱动程序如下所示。unsigned char CH0DataL,CH0DataH;#define ADCH0 XBYTE0X0100SBIT ADINT=P1.0;SBIT HBEN=P1.1;void main()EA=1;EX0=1;/打开外部中断0While（1）;/等待外部中断0启动模数转换/*外部中断0服务子程序*/void int0svr(void) interrupt 0 using 1EX0=0;/关闭外部中断0adch0=0x40;/*查询AD7934-6的中断输出ADINT,检测是否完成了信号的一次模数转换*/While(ADINT!=0)HBEN=0; /先读低位CH0DataL=adch0;HBEN=1;/再读高位CH