基于MPX2100型傳感器的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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?。?）外圍電路部分
接口電路的片選信號由74LS138對高位地址線P2.0（A8）、P2.1（A9）、P2.2（A10）譯碼后生成，主要有8155可編程接口電路片選信號CS_8155（Y0）、鍵盤接口片選信號CS_KEY（Y1）及液晶模塊片選信號CS_LCD（Y2）等。LCD選用OCULAR公司生產(chǎn)的字符點(diǎn)陣液晶顯示模塊GD1602S，該模塊能顯示20×2的5×7點(diǎn)陣字符，功能強(qiáng)，與8位MCU接口方便；鍵盤接口設(shè)計(jì)為通用PC機(jī)接口（PS/2），是因?yàn)橥ㄓ肞C機(jī)鍵盤具有價(jià)格低廉、可靠性高、通用性好及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，而且維護(hù)方便，限于篇幅本文未介紹。A13、A14、A15組成多路模擬開關(guān)4051的編碼地址線，Vxi即為4051按照鍵盤輸入的地址選出的一路模擬信號，它將被送往信號調(diào)理模塊進(jìn)行放大調(diào)理。在惡劣的工業(yè)工作環(huán)境中，串行通信接口芯片很有可能受到靜電的沖擊而損壞，特別是在傳輸線架設(shè)于戶外的使用場合，接口芯片乃至整個(gè)系統(tǒng)還有可能遭致雷電的襲擊。本文選用的RS-485接口芯片SN75LBC184不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達(dá)8kV的靜電放電沖擊，最大傳輸距離約1219m，最大傳輸速率為10Mb/s；可以保證與上位機(jī)進(jìn)行通信時(shí)穩(wěn)定可靠。
3、雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路
（1）芯片ICL7135介紹
ICL7135是美國MAXIN公司生產(chǎn)的一個(gè)雙積分式A/D轉(zhuǎn)換集成電路，該芯片抗干擾能力強(qiáng)、分辯率高、價(jià)格低廉。它的分辯率相當(dāng)于14位二進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換誤差為±1LSB，轉(zhuǎn)換輸出為0~19999；當(dāng)測量量程為0kN~2000kN時(shí)，這樣的精度使得儀表的分辯率達(dá)到0.1kN；模擬輸入可以保證0點(diǎn)在常溫下的長期穩(wěn)定性。由于7135輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)果是動(dòng)態(tài)掃描BCD碼，因此常規(guī)設(shè)計(jì)一般通過并行接口與單片機(jī)連接，以節(jié)省單片機(jī)的硬件開銷，同時(shí)8155中的定時(shí)器還可以滿足7135對時(shí)鐘的需要。
?。?）A/D轉(zhuǎn)換電路及其原理
電路原理圖如圖5所示。
7135與8155的連接是通過4位2選1數(shù)據(jù)多路開關(guān)74LS157來實(shí)現(xiàn)的。其選通信號由7135的D5輸出控制。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，D5輸出高電平，74LS157選通B類通道，單片機(jī)通過PA0~PA3讀入萬位數(shù)B1、狀態(tài)位POL（極性）、OVR（過量程）和UR（欠量程）；當(dāng)D5輸出完成時(shí)，變?yōu)榈碗娖剑ㄟ@一過程包括D4~D1數(shù)據(jù)輸出周期在內(nèi)），74LS157選通A類通道，單片機(jī)通過PA0~PA3將依次讀入8421碼值B8，B4，B2及B1，即低位BCD碼，依次形成萬、千、百、十、個(gè)各位BCD碼（即轉(zhuǎn)換結(jié)果）。8155A口中斷請求線PC0反相后形成單片機(jī)的外中斷0觸發(fā)信號。當(dāng)7135完成1次轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生5個(gè)數(shù)據(jù)選通脈沖，分別將各位BCD碼和位標(biāo)志送入A口；A口收到一個(gè)數(shù)據(jù)后，中斷線PC0變?yōu)楦唠娖?，啟?dòng)單片機(jī)的中斷服務(wù)程序，讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)結(jié)果。7135的轉(zhuǎn)換啟動(dòng)由P14控制，高電平轉(zhuǎn)換開始，低電平保持。
經(jīng)調(diào)理后的0V~2V的模擬信號通過RC低通濾波后，從IN+，IN-輸入。A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果包括2部分：極性和量程，反映轉(zhuǎn)換性質(zhì)的結(jié)果。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號為D1，D2，D3，D41及D5，其中D5（萬位）只能是1或0，其他幾位為0~9的BCD碼。而7135所需的參考電壓為量程的確良1/2，如果量程為2V，則參考電壓為1V。為了保證轉(zhuǎn)換的溫度穩(wěn)定性和精度，采用高精度基準(zhǔn)電源MC1403，通過金屬膜多圈進(jìn)口電位器調(diào)節(jié)得到。參考電壓上并聯(lián)的CBB電容C46(0.1mF)，C47（1mF）主要是保證參考電壓的穩(wěn)定性。
積分電容是決定轉(zhuǎn)換精度的關(guān)鍵器件。按照7135應(yīng)用特性，積分電容C8和積分電阻R3與量程等有關(guān)，選用時(shí)必須滿足以下要求：
R3=滿度電壓/20mA（3）
C8=1000×20mA×T/積分器輸出擺幅（4）
式中，T=1/fclk。
fclk—7135的時(shí)鐘頻率，一般可選擇250kHz，166kHz、125kHz、及100kHz、典型值為125kHz，此時(shí)7135的轉(zhuǎn)換速率為3次/s。
在±5V系統(tǒng)中，如模擬地為0V，則擺幅為±4V，此時(shí)量程為?C2V~+2V，則：R3=100kW，C8=0.47mF。
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