两通道的称重系统_现代测量技术与误差分析讲述.doc

现代测量技术与误差分析大作业 摘要：具有通道的。通过传感器所测的信号经过滤波后输入到具通道的数据采集芯片中进行A/D转换，由AT8952单片机实现对数据读取。 关键字：AD，A/D转换，单片机 2、传感器灵敏度：0.001Kg、0.01Kg； 3、传感器分辨率：0.001 Kg、0.01Kg； 4、传感器信号输出频率：1000Hz； 5、传感器输出采用电流输出：4-20mA标准电流信号输出； 6、测试过程中具有高频扰动； 7、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃。 要求： 1、设计两通道数据采集电路，ADC采用AD976； 2、设计精度要求分别为±2g、±0.1Kg； 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。 8、各通道采样周期5ms； 系统设计方案 系统总体设计方案 图1 系统总体设计框图 压力传感器信号采样电路 信号采样电路包括两部分，I/V转换电路和滤波电路。 理论上实现4~20mA电流转换成0~10V电压只需下拉一个500Ω的电阻，但在信号为0时，会有一个零点电流流过电阻转换成2V的电压，其精度往往难以满足系统的要求。这里增加了一个运算放大器来对零点电压进行处理，在运放的反相输入端加入一个调整电压，其值为输入4mA时在RA0上的压降，这样就可以消除零点电压，提高转换的精度。并且有两个I/V转换电路，一个用于小量程，一个用于大量程。 I/V转换电路见图1。 图1 I/V转换电路 由于测试过程中存在高频扰动，因此调理电路中还应该包括低通滤波电路。各通道采样周期5ms，采样频率= 200Hz，则根据奈奎斯特采样定理，应当将高于fs / 2 = 100Hz的频率分量滤掉。设计一个fh fs / 2的低通滤波器，其中，若选择R = 20KΩ，则C 79.5pF即可。并且有两个滤波电路，一个用于小量程，一个用于大量程。 滤波电路见图2。 图2 低通滤波电路 多路复用开关电路 由题目设计要求知，所给的输入端和输出端都为两个通道。由于数模转换电路和模数转换电路成本较高，故可以利用多路复用开关电路实现模数和数模电路的共用。CD4053模拟多路复用器是一组由数字量控制的模拟量开关，有三个独立的数字控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和低的截止漏电流。通过数字控制端A、B、C，可以分别控制端口a，b，c与端口ax、ay，bx、by，cx、cy的连接。当INH=0时，关系为： A=0，ax与a导通；A=1，ay与a导通； B=0，bx与b导通；B=1，by与b导通； C=0，cx与c导通；C=1，cy与c导通。 由此可以方便的通过控制器端口实现模数转换电路的复用。 A、B和C分别接单片机的P1.5、P1.6和P1.7引脚，CH1为小量程通道，CH2为大量程通道，分别接X0和X1，CD4053的X引脚接AD976的模拟量输入引脚。CD4053的电路原理图见图3。 图3 多路复用电路 AD976 模数转换电路 AD976是美国模拟器件(Analog Device)公司推出的一款16位高精度、高速、低功耗ADC。采用逐次逼近式工作原理，单一+5V供电，单通道输入，输入电压范围为10V，采样速率AD976为100 KSPS。其中AD976与单片机的连接电路见附录。其中， 电源：2、5、14、27、28脚。分别为数字或模拟的地与电源。 模拟接口：1脚，模拟信号输入端，与模拟信号源之间应接一200欧电阻；3脚，参考电压输入端，可外部输入，也可利用内部25V电压基准；无论何种情况均须将该脚通过一2.2uF电容接到AGND1。4脚，参考缓冲输出。须通过一2.2uF电容接到AGND2。 数据接口：6～13和15～22分别对应16位数据的D15～DO。 控制接口：24脚，R/C，为读取数据/模数转换选择控制信号；25脚，CS，为片选端；26脚，BUSY，用于指示转换是否完成；23脚，BYTE为转换结果输出高低字节选择控制端。 AD976的模拟量输入引脚接CD4053的X引脚，BYTE、R/C、CS和BUSY分别接AT89S51的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3。AD976的D0~D7接单片机的P0.0~P0.7，AD976的D8~D15接单片机的P2.0~P2.7。AD976的电路原理图见图4。 图4 A/D转换电路 AT89S51单片机电路 AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP的可反复擦写1000次的F