现代测量技术与误差分析大作业

现代测量技术与误差分析大

作业

-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

现代测量技术与误差分析大作业

一：作业要求

已知：

1、压力传感器的量程：0~100Kg;

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：0~50Kg;

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 ℃。

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。

二：设计方案

(1) AD7934-6 芯片说明

AD7934-6是一款12位、高速、低功耗、逐次逼近型（SAR）模数转换器（ADC），采用2.7 V至5.25 V单电源供电，最高吞吐量达625 kSPS。该器件

内置一个低噪声、宽带宽、差分采样保持放大器，可处理最高达50 MHz的输入频率。

AD7934-6具有4个带通道序列器的模拟输入通道，可以通过预先编程选择通道转换顺序。该器件可接受单端、全差分或伪差分模拟输入。

AD7934-6内置一个精确的2.5 V片内基准电压源，可用作模数转换的基准电压源。或者，可将外部基准电压加载至此引脚，为其提供基准电压。

AD7934-6采用先进的设计技术，可在高吞吐量的情况下实现极低的功耗，还提供灵活的功耗管理选项。利用一个片内控制寄存器，用户可以设置不同的工作条件，包括模拟输入范围和配置、输出编码、功耗管理及通道序列化。图一为设计方案整体框架图。

图1 设计方案整体框架图

(2) 压力传感器信号采样电路

压力传感器输出采用电流输出：4-20mA标准电流输出，所以需要放大电路，此处采用共发射极三极管放大电路，将电流放大，选择适当的电阻和三极管，使三极管工作在放大区。放大部分将压力传感器的电流变化放大，从集电极采样电压，从而将电流变化转化成电压变化。低通滤波器采用无源RC滤波

器，由于无源RC 滤波电路的截止频率为RC

21，传感器输出频率为<1000Hz ，故R 取170Ω，C 取1uf 。图2为放大和低通滤波电路。

图2 采样放大和低通滤波电路

(3) AD7934-6与 AT89S52单片机连接图

图3 AT89S52与AD7934-6连接图

连接说明：

VDD：AD7934-6的VDD为芯片正常工作提供电源，输入为2.7V~5.25V，此处选择5V电源，连接一个10uf的电容来减小电压的波动。

W/B：W/B为字/字节方式选择位，连接到单片机的P20。

DB0~7：DB0~7连接到单片机的P0口，由于AT89S52单片机P0口作为输入时没有上拉电阻，故将P0口加上上拉电阻。

V Drive：决定逻辑电平的输入电压，为-0.3V~VDD+0.3V，此处和VDD连接在一起，均为5V。

AGND、DGND：模拟地和数字地，因为AGND和DGND要相同的电势，故连接在一起接信号地。

D8~D11：连接在单片机的P10~P13。

BUSY：BUSY信号在CONVERT信号下降沿变成高电平，并且在A/D转换期间一直保持为高电平，当转换结束时，BUSY变为低电平，此处，将BUSY连接在单片机的P21。

CLKIN：芯片时钟输入，连接到单片机的ALE口，因为在不用锁存外部地址信号的时候，ALE发出系统时钟1/6频率的脉冲信号，为2MHz。CONVERT：开始转换输入信号。CONVERT下降沿信号初始一个转化，连接在单片机引脚P22。

WR：写输入信号。当CS为低电平时向芯片控制寄存器写入数据。

RD：读输入信号。当CS为低电平时，RD下降沿将读取转化结果。WR，RD 分别连接在单片机的P36、P37。

CS：片选信号。和RD、WR结合起来读取转化结果和控制寄存器写入数据。

V REFIN/V REFOUT：AD7934-6的参考转化电压，可以输入也可以输出，正常的内部参考电压为2.5V，可以通过外接参考电压，但是不能超过VDD+0.3V，此处编辑控制寄存器，选用内部参考电压，所以不要外接参考电压，V REFIN/V REFOUT 外接0.47uf电容连接信号地。

Vin0~Vin3：4通道模拟量输入口，通过控制寄存器位ADD1，ADD0进行选择，或者通过片上定序器来决定那个通道被采样。由于此处只要采集一路，所以处理过的电压信号接到Vin0上。

(4) 单片机驱动程序

#include

unsigned char result;

sbit W=P2^0;

sbit BUSY=P2^1;

sbit CONVERT=P2^2;

sbit WR=P3^6;

sbit RD=P3^7;

sbit CS=P2^3;

void main(void)

{

CS=0;

P0=0x01;

P1=0x01;

W=1;

WR=0;

W=0;

WR=1;