基于MPX2100型傳感器的高精度數據采集系統(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公司生產的字符點陣液晶顯示模塊GD1602S，該模塊能顯示20×2的5×7點陣字符，功能強，與8位MCU接口方便；鍵盤接口設計為通用PC機接口（PS/2），是因為通用PC機鍵盤具有價格低廉、可靠性高、通用性好及操作方便等優(yōu)點，而且維護方便，限于篇幅本文未介紹。A13、A14、A15組成多路模擬開關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，它將被送往信號調理模塊進行放大調理。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于戶外的使用場合，接口芯片乃至整個系統(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；可以保證與上位機進行通信時穩(wěn)定可靠。
3、雙積分模/數轉換接口電路
?。?）芯片ICL7135介紹
ICL7135是美國MAXIN公司生產的一個雙積分式A/D轉換集成電路，該芯片抗干擾能力強、分辯率高、價格低廉。它的分辯率相當于14位二進制數，轉換誤差為±1LSB，轉換輸出為0~19999；當測量量程為0kN~2000kN時，這樣的精度使得儀表的分辯率達到0.1kN；模擬輸入可以保證0點在常溫下的長期穩(wěn)定性。由于7135輸出的轉換結果是動態(tài)掃描BCD碼，因此常規(guī)設計一般通過并行接口與單片機連接，以節(jié)省單片機的硬件開銷，同時8155中的定時器還可以滿足7135對時鐘的需要。
（2）A/D轉換電路及其原理
電路原理圖如圖5所示。
7135與8155的連接是通過4位2選1數據多路開關74LS157來實現的。其選通信號由7135的D5輸出控制。當A/D轉換結束時，D5輸出高電平，74LS157選通B類通道，單片機通過PA0~PA3讀入萬位數B1、狀態(tài)位POL（極性）、OVR（過量程）和UR（欠量程）；當D5輸出完成時，變?yōu)榈碗娖剑ㄟ@一過程包括D4~D1數據輸出周期在內），74LS157選通A類通道，單片機通過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、個各位BCD碼（即轉換結果）。8155A口中斷請求線PC0反相后形成單片機的外中斷0觸發(fā)信號。當7135完成1次轉換后，產生5個數據選通脈沖，分別將各位BCD碼和位標志送入A口；A口收到一個數據后，中斷線PC0變?yōu)楦唠娖?，啟動單片機的中斷服務程序，讀取A/D轉換的數據結果。7135的轉換啟動由P14控制，高電平轉換開始，低電平保持。
經調理后的0V~2V的模擬信號通過RC低通濾波后，從IN+，IN-輸入。A/D轉換后的結果包括2部分：極性和量程，反映轉換性質的結果。轉換后的數字信號為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。為了保證轉換的溫度穩(wěn)定性和精度，采用高精度基準電源MC1403，通過金屬膜多圈進口電位器調節(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。
積分電容是決定轉換精度的關鍵器件。按照7135應用特性，積分電容C8和積分電阻R3與量程等有關，選用時必須滿足以下要求：
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的時鐘頻率，一般可選擇250kHz，166kHz、125kHz、及100kHz、典型值為125kHz，此時7135的轉換速率為3次/s。
在±5V系統(tǒng)中，如模擬地為0V，則擺幅為±4V，此時量程為?C2V~+2V，則：R3=100kW，C8=0.47mF。
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