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1、现代测量技术与误差分析大作业摘要：本文介绍了具有两通道的称重系统电路的设计。通过压力传感器所测的电 流信号经过I/V转换电路和滤波后输入到CD4053模拟多路复用器，然后轮流将 两个电压信号发送给只具单通道的数据采集芯片AD976中进行A/D转换，并且 由AT89S52单片机实现对转换好的数据进行读取。关键字：AD974, A/D转换，单片机一、作业要求完成两通道称重系统的设计已知：1、系统总共有两个称重输入通道，满量程分别4Kg、80Kg2、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
2、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：一40C60 C。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；二、系统设计方案1、系统总体设计方案图1系统总体设计框图2、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420mA
3、电流转换成010V电压只需下拉一个500。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- = 200Hz，则根据奈奎斯特采样定理，s 0.005应当将高于f / 2 = 100Hz的频率分量滤掉。设计
4、一个f 79.5pF即可。并且有两个滤波电路，h 2 兀 RC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3、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，a
5、y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。4、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
6、AD976与单片机的连接电 路见附录。其中，1）电源：2、5、14、27、28脚。分别为数字或模拟的地与电源。2）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。3）数据接口： 613和1522分别对应16位数据的D15DO。4）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
7、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 D0D7 接单 片机的P0.0P0.7, AD976的D8D15接单片机的P2.0P2.7。AD976的电路 原理图见图4。图4 A/D转换电路5、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Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、 非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51
8、引脚结构，芯片 内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控 制应用系统中得到广泛应用。单片机的P1.5、P1.6和P1.7引脚分别接CD4053的A、B和C引脚；它的 P1.0、P1.1、P1.2 和 P1.3 分别接 AD976 的 BYTE、R/C、CS 和 BUSY 引脚；它 的P0.0P0.7接AD976的D0D7引脚，P2.0P2.7接AD976的D8D15引脚。AT89S51的电路原理图见图5。I图5单片机电路三、AD976驱动程序#include#includesbit BYTE=P1A0;sbit R/C =P1A1；sbit CS =
9、P1A2;sbit BUSY=P1A3;sbit CD4053_A=P1A5;sbit CD4053_B=P1A6;sbit CD4053_C=P1A7;void delay(uint a)uint m,n;for(m=0;ma;m+) for(n=0;n1140;n+); int AD976_readData()int data;unsigned char datal,datah;CS =0;while(!BUSY);BYTE=0;datal=P0;BYTE=1;datah=P0;data=(datah8)+datal;return data;void main()while(1)int v
10、in1,vin2;CD4053_A=0;delay();vin1=AD976_readData();CD4053_A=1;delay();vin2=AD976_readData();四、参考文献1徐锦钢、沈麋、黄瑞.ADC0804芯片在模数转换电路中的应用研究A. 2014 年江西省电机工程学会年会论文集C. 2014蔡畅、戚文军、农登、李林、周楠数据采集系统设计期刊论文-现代电子 技术2012.13杨晓勇.基于FPGA+ A/ D的数据采集设计及验证.西安邮电大学学报.2011.14赵勇、胡涛.传感器与检测技术.机械工业出版社.2010.95于丽娜，秦丽C8051F单片机信号采集系统.仪表技术及传感器.2011.7附录:
