温度采集系统原理

1.现有16路温度信号，16路压力信号，48路流量信号和10路物位信号，用单片机构成一个数据采集系统。

答：系统的原理框图如上图所示，图中的T1表示第一路温度信号，同理，P16表示第16路压力信号，F48表示第48路流量信号，H10表示第10路物位信号。

（1）由于温度信号的温度范围是0~100度，系统要求的精度为0.5％，所以对于温度信号采用8位的A/D即可满足要求（100/255=0.4度）。系统使用的是ADC0809,由于ADC0809内部含有多路开关，所以系统设计时，在外部没有添加多路开关，16路温度信号运用两片ADC0809，正好能采集16路温度信号。

（2）16路压力信号的精度要求是精确到0.1％，8位的AD已不能满足要求，假如所测的最大压力为1个大气压，

如果用8位AD，则其分辨率为100000/255=392,而使用16位AD其分辨率为100000/65535=1.5，所以选

用16路AD较为精确。系统使用的是AD7701(相关资料请见本次作业第二题)，AD7701内部不含多路开关，所以要外接多路开关，系统中使用的多路开关是CD4067B，CD4067B是16通道双向多路模拟开关，它具有两种电源输入端，VDD和VSS，可以在-0.5~18V之间进行选择。

（3）48路流量信号的精度要求是精确到0.1％，同压力信号一样，8位AD不能满足精度要求，故采用16位AD,系统中采用的还是AD7701。由于流量信号对采集的速度要求不是很高，所以采用多通道共用放大器，采样保持器和AD转换器。48路流量信号可以用3片CD4067B进行切换，由多路开关轮流采集流量信号，经放大器，采样保持器和AD转换进入单片机。

（4）10物位信号的精度要求同温度信号，其精度要求是精确到0.5％，所以采用8位的AD7574, 与ADC0809不同的是其内部不含多路开关，10信号如使用两片多路开关，则增加了系统的复杂度，所以采用一片CD4067B 即可。AD7574采用CMOS工艺，单片行，含有内部时钟振荡器，+5V供电，芯片内部设有比较器和控制逻辑，以及功耗低，转换速度快的逐次逼近型A/D转换器。

2．选一串行的16位ADC。

答：所选的AD7701可变串行接口、16位模／数转换器，以下是相关资料。

AD7701是美国AD公司推出的16位电荷平衡式A／D转换器它具有分辨率高、线性度好、功耗低等特点，并且由于该芯片采用了采样技术和线性兼容CMOS工艺集成技术，且片内含有自校准控制电路，可以有效地消除内部电路、外部电路的失调误差和增益误差G，AD7701具有灵活的串行输出模式，其转换结果通过串行接口输出，数据输出速率达4kbps。串行接口有异步方式、内时钟同步方式和外时钟同步方式三种：：异步方式可以直接与通用异步接收／发送器(UART)接口；内时钟同步方式可将串行转换结果经移位寄存器转换为并行输出；外时钟同步方式可以连接与单片机接口。所以它具有精度高、成本低、工作温度范围宽、抗干扰能力强等特点。因此适用于遥控检测、过程

(1)主要性能:

．AD7701芯片内含有自校准电路

．片内有可编程低通滤波器；

．拐点频率；0．1Hz一10HZ

．可变串行接口：分辨率16位；

．线性误差：0．0015％：

·功耗低。正常状态：40mW；睡眠状态：10uW。

(2)芯片引肿图和引脚说明:

AD770I的核心部分是二阶调制器和6阶高斯低通数字滤波器

构成的16位ADC，另外有校准控制器、校准SRAM、时钟发

生器和串行接口电路。AD7701芯片的引脚名称和说明如下。

MODE：串行接口方式选择。AD7701

方式。

当MODE接十5v时，串行接口工作在内时钟同步方式。AD7701可以通过外部移位寄存器将串行数据转换为并行数据输出。

当引脚MODE接DGND时，AD7701串行接口工作于外时钟同步方式。在这种方式下，AD7701能直接与具有同步串行接口的单片机连接，也可以利用普通I／O端口，通过软件编程产生SCLK时钟以读取AD770I的转换数据。

当引脚MODE接一5V时，AD7701串行接口工作于异步方式。在这种工作方式下，

AD7701可以直接与通用异步接收发送器(UART)相连接，适用于AD7701与单片机(或微控制器)之间的距离比较远的应

用场合。

SDATA：串行数据输出口，由MODE脚决定其输出模式.

DRDY：数据准备端。在数据寄存器内数据准备好时为低电平，在数据传送完后为高电平。

CS：此片选信号为低电平时，启动串行口发送数据。

CLKIN、CLKOUT：在使用内部主时钟时，此两个引脚接晶振；使用外部时钟时则由CLKIN端输入，CLKOUT悬空或向其它电路提供时钟信号。

SCLK：串行时钟口。在异步通信、同步外部时钟方式时为输入；在同步内时钟方式时为输出。

VREF；参考电压源。

AlN；模拟输入端。输入范围为-2．5v一+ 2．5V

BP／UP:单／双极性输入端。接低电平为单极性方式，AM的输入电压范围为0一+VREF；接高电平为双极性方式，AlN的输入电压范围为一VREF一+VREF。

DGND；数字地。

AGND：模拟地。

DVSS、AVSS；数字和模拟负电源，接-5v

SLEEP：睡眠工作方式选择端，接低电平时为睡眠工作方式

DVDD、AVDD：数字和模拟正电源。

CAL:启动校准的输入引脚。

SC1、SC2：校准方式选择的输入引脚，当引脚CAL‘保持大干4个时钟周期的高电平后，A1D7701复位，在CAL的下降沿启动校准过程。AD7701有两种校准方式，即自校准和系统校准，系统校准又分为系统零点校准、系统满量程校准和单步系统校准三种类型。通过校准可消除内部误差。

3.选一16位并行ADC.

答：所选的是16位并行ADC是AD9676A,以下是相关资料：

（1）AD976A 功能概述：

AD576是一个+5V单电源供电的高速，低功耗16位逐次逼近式A/D转换器,转换速度为2000KSPS,功耗为100mW,AD976A 的集成性好,内部包含2.5V参考电压源,高速并行接口和时钟.出厂前芯片的所有线性误差都得到了补偿,并且,诸如SNR(信噪比)和THD(总谐波失真) 0等的交流参数及失调,增益和线性度都得到全面测试.

(2) 引脚功能

AD976A具有窄型28脚DIP,SSOP及SOIC三种封装形式,芯片各引脚功能简述如下:

○1VIN(1脚):模拟输入.该引脚和模拟信号源之间连接一个200欧姆的电阻，满量程输入范围为0~+_10V。

○2AGND1(2脚)：模拟地。作为VREF引脚的参考地.

○3REF（3脚）：基准输入，输出。该引脚为内部+2.5V基准的输出或从该引脚输入一个外部基准.两种情况下,均应在该引脚和REF引脚之间接入一个2.2uF的钽电容。

○4CAP(4)脚:基准缓冲器输出(该引脚和AGND2引脚之间接入一个,2.2uF的钽电容

○5AGND2(5脚):’模拟地.

○6D15(MSB)(6脚)：数据位15.

○7D14~D8(7脚~13脚)：数据位14~18.

○8DGND(14脚)：’数字地。

○9D7~D1(15脚~21脚)脚：数据位7~1.

10D0(LSB)(,22脚):’数据位0.

○

○11BYTE(23脚)：字节选择，数据按上面所述方式输出，6脚为MSB,22脚为LSB

BYTE为高时，高低8位数据交换输出，D15~D8在15~22脚输出，D0~D7在

脚输出。

○12R/C(24脚)：读/转换输入,CS为低时,R/C的下降沿使芯片内部的采样/保持进

入保持状态并开始一次转换R/C的上升沿允许输出数据位.

○13CS(25脚):’片选输入,内部与R/C相或,R/C为低时,CS下降沿初始化一次转换,R/C为高时,CS下降沿允许输出数据

位,CS为高时,输出数据位呈高阻状态.

○14BUSY(26脚)：’忙输出。一次转换开始时，BUSY变低并维持到该次转换结束,数据锁入输出锁存器,CS为低,RC为高