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现代测量技术与误差分析报告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。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:;3、传感器分辨率:;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。。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。,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A\D转换存进CPU中。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AD976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,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=,截止频率fc=1kHz,C1=,电压放大倍数为Auo=2,可计算求得R1=,R2=,R3=R4=,C1=C2=。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/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10