现代测量技术与误差分析报告

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1、现代测量技术与误差分析（作业）摘要：本文根据作业要求设计数据采集及输出控制电路，经过分析选用常用的8位处理器89C51作为处理器。由于设计任务要求采集两路压力传感器信号，并且输出端同样要求控制两路电机，而设计要求的ADC和DAC芯片仅提供单路，因此需要加上多路控制开关，实现分时采集及控制，以减小设计成本。另外本设计增加滤波放大电路等提高实验精度。1.实验任务及要求输入端：两个通道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：0.01Kg;4、传感器信号输出频率：<1000Hz;5

2、、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标准电流输出输出端：两个通道9、电机所需驱动电压：－10V~10V;10、电机所需驱动电流：<100mA;11、测试系统工作温度范围：－40℃～60℃；要求：1、设计完整的数据采集及输出控制电路，ADC采用AD976；DAC采用AD6692、各通道测控周期<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

3、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、DAC的驱动程序。2.总体设计本设计任务要求有信号采集和输出控制两部分。其中数据采集传感器输出信号为带有高频噪声干扰的4——20mA的电流信号。图1总体设计框图3.数据采集电路根据实验任务要求，需要采集两路压力传感器输出的电流信号，同时采集的信号带有高频噪声干扰。根据设计需要，应对传感器输出的电流信号就行信号调理放大滤波等操作，然后进行AD转换存进CPU中。1.信号调理模块设计要求采集两路压力传感器输出的电流信号，而所提供的的A

4、D976芯片只提供单通道输入，为节约设计成本，在满足设计任务要求的情况下采用多路模拟开关CD4066控制输入和输出的选择。CD4066是一种双向模拟开关，在集成电路内有４个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称控制端），当选通端为高电平时，开关导通；当选通端为低电平时，开关截止。使用时选通端是不允许悬空的。图2CD4066引脚接线通过四路控制信号控制四路开关的导通与否，该设计数据采集部分需要两路通道，选择SWA,SWB用于数据采集，两路传感器输出

5、信号分别接至1、4引脚，2、3引脚相连接至后续处理电路，通过CONTROLA,CONTROLB引脚控制采集哪路信号。剩余两路控制开关SWC,SWD可用于输出控制模块。根据提供的信息，传感器信号输出频率：<1000Hz，且测试过程中存在高频噪声干扰，因此需要对传感器采集到的信号进行低通滤波，截止频率为1000Hz。此外，压力传感器的量程：0~100Kg;而测试系统工作量程：0~50Kg，为了充分利用AD转换器的转换量程，提高转换精度，需要将传感器输出信号放大两倍。因此本设计需要设计一个低通滤波电路，截止频率fc=1KHz,

6、通带电压放大倍数Auo=2，设计电路如图3所示。图3低通滤波及放大电路传输函数为AuS=Auoωc2s2+ωcQ*s+ωc2(1)通带内电压放大倍数Auo=1+R4R3(2)其中ωc为滤波器的截止角频率ωc=2*π*fc(3)fc为通带截止频率，Q为品质因数，同时为了减小输入偏置电流及其漂移对电路的影响，应使R1+R2=R3//R4(4)我们取品质因数Q=0.707，截止频率fc=1kHz，C1=0.01μF，电压放大倍数为Auo=2,可计算求得R1=5.63k，R2=11.25k，R3=R4=33.76k，C1=C2=

7、0.01μF。信号经过滤波放大后输出的为4——20mA的电流信号，需要将其转换成电压信号以便后续处理。在该模块我们直接采用ISOEM系列直流（电压/电流）信号隔离放大器，型号为ISOEM-A4-P1-O10，信号输入：4-20mA；信号输出：0-±10V；辅助电源：24V。结构如图4所示：图4电流/电压转换芯片2AD转换模块压力传感器输出信号经过调理滤波放大并转换成0-±10V的电压信号，需要进行AD转换送到处理器中进行数据处理，根据设计要求采用AD976模块。AD976/AD976A为16位逐次逼近式ADC，AD976

8、/AD976A与8位和12位的AD转换器相比16位ADC在精度要求较高的场合更能符合设计要求。AD976/AD976A是美国模拟器件AnalogDevice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+/-10V；采样速率为100KSPS,足够满足