基于MPX2100型壓力傳感器的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
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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，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(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，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(zhuǎn)換結(jié)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(dāng)7135完成1次轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生5個數(shù)據(jù)選通脈沖，分別將各位BCD碼和位標(biāo)志送入A口；A口收到一個數(shù)據(jù)后，中斷線PC0變?yōu)楦唠娖?，啟動單片機的中斷服務(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。本文引用地址：http://2s4d.com/article/195547.htm
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/fcl k。
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(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，此時量程為 ?C2V~ +2V，則：R3=100kW，C8=0.47mF。
（3）PLD技術(shù)的應(yīng)用
為節(jié)省了硬件電路的開銷，減少硬件電路產(chǎn)生的電磁干擾，系統(tǒng)的部分電路應(yīng)用了PLD技術(shù)，其可編程邏輯電路（見圖5）由可編程邏輯陳列芯片GAL16V8組成，主要完成A/D轉(zhuǎn)換模塊所需的時鐘信號和轉(zhuǎn)換結(jié)束選通信號 產(chǎn)生單片機外中斷0中斷信號的邏輯轉(zhuǎn)換，其邏輯方程如下：
P16= + （與非門） （5）
P14=P7+P8 （或門） （6）
P13= （非門） （7）
式中，P2 、P3、 P7分別為單片機的 、 、ALE信號；
P8―與非門輸出； P9―8155的A口中斷信號；P13―生成的單片機外中斷觸發(fā)信號。
按照上述邏輯關(guān)系生成的PLD文件經(jīng)FM軟件編譯后，產(chǎn)生熔絲文件*.LED，然后通過編程器寫入GAL16V8即可。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，采用匯編語言編程，整個程序由主程序、顯示、鍵盤掃描、A/D轉(zhuǎn)換處理等子程序模塊組成。限于篇幅在此只列出了A/D轉(zhuǎn)換處理子程序流程圖，如圖6所示。
四、非線性誤差的修正
傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器總是存在非線性誤差，由于上述非線性關(guān)系的存在，帶來了精度的降低，為了保證在整個范圍內(nèi)滿足精度的要求，所以在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)控制要求對測量值進行誤差修正，修正一般通過軟件較準(zhǔn)實現(xiàn)。其具體的修正方法應(yīng)根據(jù)信號的工作區(qū)段和質(zhì)量要求來確定。利用單片機的運算和控制能力對非線性關(guān)系找出修正算法，并在反復(fù)測試調(diào)整后使其達到設(shè)計要求。本系統(tǒng)采用分段線性插值法對測量值的曲線進行了誤差修正處理。方法為：將0～XMAX分為若干工作區(qū)段，每段曲線用一段對應(yīng)的折線來代替，對每段折線可求出VQ：
N t : VQ = ai×N t+bi （8）
式中，I―某段折線的序號；ai―該段折線的斜率；bi―該段折線的截距。
它們的修正程序流程圖如圖7所示，處理關(guān)系示意曲線如圖8所示。
預(yù)先將每段的之值存于單片機中，在不同的工作區(qū)段，單片機自動地將對應(yīng)的每段的上述值調(diào)出進行運算處理。（限于篇幅，定量的分析沒有討論）
五、結(jié)束語
本文描述的是一種通用的高精度壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它有許多優(yōu)點，可在各種惡劣的環(huán)境中正常地工作，而且抗干擾能力強、使用壽命長、分辨率高。采用液晶顯示及PS/2鍵盤接口，實現(xiàn)了良好的人機交換?？蓮V泛地應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、紡織、輕工、水利等工業(yè)及科研領(lǐng)域的壓力數(shù)據(jù)采集、檢測與分析。
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