基于A/D轉換最小二乘法的數(shù)據采集應用

　　在工業(yè)污水處理過程當中，往往需要監(jiān)測污水的COD 值，而現(xiàn)場的監(jiān)測儀器所監(jiān)測到 的數(shù)據是通過各種模擬信號輸出，這些模擬信號必須通過A/D 轉換器變換為數(shù)字信號后才 能送入上位機或外接數(shù)據采集器。基于此，本文給出了基于A/D 轉換器TLC2543 的軟硬件 設計，并結合最小二乘法將輸出數(shù)據進行修正，達到了環(huán)保部分對有機污染物監(jiān)測數(shù)據精度 的要求。

　　1 系統(tǒng)硬件設計介紹

　　如圖1所示，是系統(tǒng)電路圖， A/D轉換器采用TLC2543，它是12位串行模數(shù)轉換器，使用 開關電容逐次逼近技術完成A/D轉換過程，由于是串行輸入結構，能夠節(jié)省51系列單片機I/O 資源；且價格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應用。其特點如下所述： A/D轉換器有12位分辨率；在工作溫度范圍內轉換時間為10us；有11個模擬輸入通道；采用 3路內置自測試方式[1]；有轉換結束(EOC)輸出；具有單、雙極性輸出；有可編程的MSB或 LSB前導；輸出數(shù)據長度可以編程設定為8位、12位或16位。在本系統(tǒng)中采用的輸出長度設 定為12位。另外TLC2543與外圍電路的連線簡單,它有三個控制輸入端為CS（片選）、輸入/ 輸出時鐘（I/O CLOCK）以及串行數(shù)據輸人端（DATA INPUT）；模擬量輸入端AIN0 ～ AIN10 （1 ～ 9 腳、11 ～ 12 腳），11路輸入信號由內部多路器選通，對于本系統(tǒng)，選用了AIN0 模擬輸入端；系統(tǒng)時鐘由片內產生并由I/O CLOCK同步；正、負基準電壓（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，輸入模擬信號為4~20mA 電流的模擬量，也就是轉換輸入范圍電壓是0~5V。

　　單片機采用AT89LS51，如圖1 所示。AT89LS51 是一個低功耗，高性能CMOS 8 位單片 機，有40 個引腳，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000 次的Flash 只讀程序存儲器，128 bytes 的隨機存取數(shù)據存儲器（RAM），32 個外部雙向輸入/輸出（I/O） 口，5 個中斷優(yōu)先級，2 層中斷嵌套中斷，2 個16 位可編程定時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信 口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性 存儲技術制造，兼容標準MCS-51 指令系統(tǒng)及80C51 引腳結構，芯片內集成了通用8 位中 央處理器和ISP Flash 存儲單元。同時該芯片還具有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 是一個帶內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入 口。