現(xiàn)代測量技術(shù)與誤差分析四通道的數(shù)據(jù)采集電路

1、現(xiàn)代測量技術(shù)與誤差分析大作業(yè)摘要：設(shè)計(jì)了具有四通道的數(shù)據(jù)采集電路。通過壓力傳感器所測的信號(hào)經(jīng)過放大濾波后輸入到具有四通道的數(shù)據(jù)采集芯片AD9734-6中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取。關(guān)鍵字：AD7934-6，A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)1、 作業(yè)要求已知：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(hào)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(dòng)； 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(biāo)準(zhǔn)電流輸出9、總共有四路輸

2、入信號(hào)要求： 1、設(shè)計(jì)四通道數(shù)據(jù)采集電路,ADC采用AD7934-6； 2、各通道采樣周期<5ms; 3、詳細(xì)說明采集電路的設(shè)計(jì)依據(jù)； 4、CPU可不指定型號(hào)，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(hào)、參數(shù)，主要考慮的指標(biāo)； 6、提供主要元器件的說明書； 7、給出ADC的驅(qū)動(dòng)程序。2、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1、 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 2、 壓力傳感器信號(hào)采樣電路考慮到壓力傳感器為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出，而傳感器輸出的電流較小，所以考慮采用放大電路來處理。本設(shè)計(jì)采用共發(fā)射極三極管放大電路，將電流信號(hào)放大，選擇適當(dāng)?shù)碾娮韬蚇PN型三極

3、管，使三極管工作在放大區(qū)。放大部分將壓力傳感器的電流變化放大，從集電極采樣電壓，從而將電流變化轉(zhuǎn)化成電壓變化。低通濾波器采用無源RC濾波器，由于無源RC濾波電路的截止頻率為，傳感器輸出頻率為<1000Hz，故R取170，C取1uf。如圖2為信號(hào)放大和濾波電路。圖2 信號(hào)放大與濾波電路3、 AD7934-6芯片AD7934-6是一款12位、高速、低功耗、逐次逼近型（SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），采用2.7 V至5.25 V單電源供電，最高吞吐量達(dá)625 kSPS。該器件內(nèi)置一個(gè)低噪聲、寬帶寬、差分采樣保持放大器，可處理最高達(dá)50 MHz的輸入頻率。具有4個(gè)帶通道序列器的模擬輸入通道，可以通

4、過預(yù)先編程選擇通道轉(zhuǎn)換順序。該器件可接受單端、全差分或偽差分模擬輸入。AD7934-6內(nèi)置一個(gè)精確的2.5 V片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源，可用作模數(shù)轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓源?；蛘?，可將外部基準(zhǔn)電壓加載至此引腳，為其提供基準(zhǔn)電壓。其芯片圖如圖3所示：圖3 AD7934-6芯片AD7934-6有28個(gè)引腳，采用DIP28形式進(jìn)行封裝。下面就對(duì)系統(tǒng)中用到的引腳作簡要的說明：VDD：AD7934-6的VDD為芯片正常工作提供電源，輸入為2.7V5.25V，此處選擇5V電源，連接10uF和0.1uF的電容來減小電壓的波動(dòng)。W/：W/為字/字節(jié)方式選擇位，連接到單片機(jī)的P23。DB07：DB07連接到單片機(jī)的P0口。VDri

5、ve：決定邏輯電平的輸入電壓，此處和VDD連接在一起，均為5V。并通過兩個(gè)電容來減少電壓波動(dòng)。AGND、DGND：模擬地和數(shù)字地，因?yàn)锳GND和DGND要相同的電勢，故連接在一起接信號(hào)地。D8D11：連接在單片機(jī)的P10P13。BUSY：BUSY信號(hào)在信號(hào)下降沿變成高電平，并且在A/D轉(zhuǎn)換期間一直保持為高電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，BUSY變?yōu)榈碗娖?，此處，將BUSY連接在單片機(jī)的P22。CLKIN：芯片時(shí)鐘輸入，連接到單片機(jī)的ALE口。：開始轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)。下降沿信號(hào)初始一個(gè)轉(zhuǎn)化，連接在單片機(jī)引腳P21。：寫輸入信號(hào)。當(dāng)為低電平時(shí)向芯片控制寄存器寫入數(shù)據(jù)。：讀輸入信號(hào)。當(dāng)為低電平時(shí)，下降沿將讀取轉(zhuǎn)化結(jié)

6、果。，分別連接在單片機(jī)的P36、P37。：片選信號(hào)。和、結(jié)合起來讀取轉(zhuǎn)化結(jié)果和控制寄存器寫入數(shù)據(jù)。VREFIN/VREFOUT：AD7934-6的參考轉(zhuǎn)化電壓，可以輸入也可以輸出，正常的內(nèi)部參考電壓為2.5V，可以通過外接參考電壓，但是不能超過VDD+0.3V，此處編輯控制寄存器，選用內(nèi)部參考電壓，所以不要外接參考電壓，VREFIN/VREFOUT外接0.47uf電容連接信號(hào)地。Vin0Vin3：4通道模擬量輸入口，通過控制寄存器位ADD1，ADD0進(jìn)行選擇，或者通過片上定序器來決定那個(gè)通道被采樣。講處理后的傳感器信號(hào)從這4個(gè)通道輸入。圖4 AD7934-6與單片機(jī)連接圖4、 程序設(shè)計(jì)AD79

7、34-6要先初始化，即寫入控制字。下面就對(duì)它的控制寄存器作相關(guān)說明。AD7934-6有一個(gè)12位的控制寄存器，控制寄存器的內(nèi)容如表一：表一 控制寄存器內(nèi)容DB11DB10DB9DB8DB7DB6PM1PM0CODINGREFZEROADD1DB5DB4DB3DB2DB1DB0ADD0MODE1MODE0SEQ1SEQ0RANGEPM1 和PM0 代表電源管理模式，一共有四種模式，不同的模式芯片功耗不同，設(shè)計(jì)中選擇普通模式00；CODIN G 表示轉(zhuǎn)換結(jié)果的編碼，如果設(shè)置為0，輸出結(jié)果為正常的二進(jìn)制，如果為1，輸出結(jié)果為補(bǔ)碼方式，這里設(shè)置為0；REF 表示參考電壓的方式，如果為0，選擇外部參考，

8、如果為1，選擇內(nèi)部參考，這里設(shè)置為1；ZERO 位不使用，永遠(yuǎn)設(shè)置為0;ADD1 和ADD0 表示待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的模擬通道的地址，哪個(gè)模擬通道在下一次轉(zhuǎn)換中被轉(zhuǎn)換，如00，意味著下一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果為第一通道的采樣值，根據(jù)需要設(shè)置不同的值；MODE1 和MODE0 表示模擬輸入的類型，00 表示單端輸入，01 表示差分輸入,10 表示偽差分輸入，這里設(shè)置為00；SEQ1 和SEQ0表示采集的方式，如果為00，意味著芯片對(duì)設(shè)定的通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如果為11，表示對(duì)幾個(gè)通道進(jìn)行輪詢采集，這里設(shè)為00；最后一位RA NGE 代表輸入信號(hào)電平范圍，如果為0，表示可采集的信號(hào)電平范圍為0V 2. 5V，如果為1，代

9、表信號(hào)電平范圍為0V 5V，這里設(shè)為0。本設(shè)計(jì)采用字模式，W/B 為高電平，首先讓片選信號(hào)CS為低，然后寫使能信號(hào)WR為低，在CS 和WR同時(shí)為低的時(shí)候，把12 位寄存器內(nèi)容值通過DB0 DB11 雙向數(shù)據(jù)總線寫入芯片，最后使CS 和WR為高，這樣就完成了一次寫操作。AD7934-6的初始化程序如下：Void IniADC（） Unsigned short Conword； Conword=0x0120；/控制字 WB=1；/字方式寫入 CS=0； WR=0; P0=0x120&0x00ff； P1=0x120&0xff00； WR=1; CS=1； 單片機(jī)主程序如下：#include<reg52.h>unsigned long result1,result2;sbit W=P23;sbit BUSY=P22;sbit CONVERT=P21;sbit WR=P36;sbit RD=P37;sbit CS=P20;Void main()IniADC();While(1)CONVERT=0; while(BUSY=0) CONVERT=1;P0=0xff;RD=0;result1=P0; result1=P1&0x00ff;RD=1; 3、 參考文獻(xiàn)1 趙勇、胡濤.傳感器與檢測技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2010.92 付家才,孫毅男.傳感