基于A/D轉(zhuǎn)換最小二乘法的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用

　　在工業(yè)污水處理過程當(dāng)中，往往需要監(jiān)測(cè)污水的COD 值，而現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)儀器所監(jiān)測(cè)到 的數(shù)據(jù)是通過各種模擬信號(hào)輸出，這些模擬信號(hào)必須通過A/D 轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號(hào)后才 能送入上位機(jī)或外接數(shù)據(jù)采集器?；诖耍疚慕o出了基于A/D 轉(zhuǎn)換器TLC2543 的軟硬件 設(shè)計(jì)，并結(jié)合最小二乘法將輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，達(dá)到了環(huán)保部分對(duì)有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度 的要求。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)介紹

　　如圖1所示，是系統(tǒng)電路圖， A/D轉(zhuǎn)換器采用TLC2543，它是12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用 開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程，由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機(jī)I/O 資源；且價(jià)格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)如下所述： A/D轉(zhuǎn)換器有12位分辨率；在工作溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換時(shí)間為10us；有11個(gè)模擬輸入通道；采用 3路內(nèi)置自測(cè)試方式[1]；有轉(zhuǎn)換結(jié)束(EOC)輸出；具有單、雙極性輸出；有可編程的MSB或 LSB前導(dǎo)；輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以編程設(shè)定為8位、12位或16位。在本系統(tǒng)中采用的輸出長(zhǎng)度設(shè) 定為12位。另外TLC2543與外圍電路的連線簡(jiǎn)單,它有三個(gè)控制輸入端為CS（片選）、輸入/ 輸出時(shí)鐘（I/O CLOCK）以及串行數(shù)據(jù)輸人端（DATA INPUT）；模擬量輸入端AIN0 ～ AIN10 （1 ～ 9 腳、11 ～ 12 腳），11路輸入信號(hào)由內(nèi)部多路器選通，對(duì)于本系統(tǒng)，選用了AIN0 模擬輸入端；系統(tǒng)時(shí)鐘由片內(nèi)產(chǎn)生并由I/O CLOCK同步；正、負(fù)基準(zhǔn)電壓（REF+ ，REF-）由外部提供, 通常為VCC和地, 兩者差值決定輸人范圍。在本系統(tǒng)中，輸入模擬信號(hào)為4~20mA 電流的模擬量，也就是轉(zhuǎn)換輸入范圍電壓是0~5V。

　　單片機(jī)采用AT89LS51，如圖1 所示。AT89LS51 是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8 位單片 機(jī)，有40 個(gè)引腳，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000 次的Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O） 口，5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2 層中斷嵌套中斷，2 個(gè)16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信 口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性 存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)及80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8 位中 央處理器和ISP Flash 存儲(chǔ)單元。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP 和PLCC 等三種封裝形式， 在本系統(tǒng)用采用的是PDIP 封裝形式，輸入/輸出（I/O）口采用了P1 口如圖1 所示，P1 口 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入 口。