基于A/D转换最小二乘法的数据采集应用

2010-01-30 23:35:43来源: 慧聪网
引言:

  在工业污水处理过程当中,往往需要监测污水的COD 值,而现场的监测仪器所监测到 的数据是通过各种模拟信号输出,这些模拟信号必须通过A/D 转换器变换为数字信号后才 能送入上位机或外接数据采集器。基于此,本文给出了基于A/D 转换器TLC2543 的软硬件 设计,并结合最小二乘法将输出数据进行修正,达到了环保部分对有机污染物监测数据精度的要求。

  1 系统硬件设计介绍

  如图1所示,是系统电路图, A/D转换器采用TLC2543,它是12位串行模数转换器,使用 开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程,由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机I/O 资源;且价格适中,分辨率较高,因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。其特点如下所述: A/D转换器有12位分辨率;在工作温度范围内转换时间为10us;有11个模拟输入通道;采用 3路内置自测试方式[1];有转换结束(EOC)输出;具有单、双极性输出;有可编程的MSB或 LSB前导;输出数据长度可以编程设定为8位、12位或16位。在本系统中采用的输出长度设 定为12位。另外TLC2543与外围电路的连线简单,它有三个控制输入端为CS(片选)、输入/ 输出时钟(I/O CLOCK)以及串行数据输人端(DATA INPUT);模拟量输入端AIN0 ~ AIN10 (1 ~ 9 脚、11 ~ 12 脚),11路输入信号由内部多路器选通,对于本系统,选用了AIN0 模拟输入端;系统时钟由片内产生并由I/O CLOCK同步;正、负基准电压(REF+ ,REF-)由外部提供, 通常为VCC和地, 两者差值决定输人范围。在本系统中,输入模拟信号为4~20mA 电流的模拟量,也就是转换输入范围电压是0~5V。


  单片机采用AT89LS51,如图1 所示。AT89LS51 是一个低功耗,高性能CMOS 8 位单片 机,有40 个引脚,片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000 次的Flash 只读程序存储器,128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),32 个外部双向输入/输出(I/O) 口,5 个中断优先级,2 层中断嵌套中断,2 个16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性 存储技术制造,兼容标准MCS-51 指令系统及80C51 引脚结构,芯片内集成了通用8 位中 央处理器和ISP Flash 存储单元。同时该芯片还具有PDIP、TQFP 和PLCC 等三种封装形式, 在本系统用采用的是PDIP 封装形式,输入/输出(I/O)口采用了P1 口如图1 所示,P1 口 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P1 的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。

  1.1 TLC2543 主要引脚说明

  AIN0~AIN10,引脚为1~9,11,12:模拟量输入端。11 路输入信号由内部多路器选 通(本系统采用通道AIN0)。

  DATA OUT,引脚为16,A/D 转换结果的三态串行输出端。为高时处于高阻抗状态, 为低时处于激活状态。

  DATAINPUT,引脚为17,串行数据输入端。由4 位的串行地址输入来选择模拟量输 入通道。

  I/O CLOCK,引脚为18,输入/输出时钟端。I/OCLOCK 接收串行输入信号并完成以 下四个功能:(1)在I/O CLOCK 的前8 个上升沿,8 位输入数据存入输入数据寄存器;(2) 在I/OCLOCK 的第4 个下降沿,被选通的模拟输入电压开始向电容器充电,直到I/OCLOCK 的最后一个下降沿为止;(3)将前一次转换数据的其余11 位输出到DATAOUT 端,在 I/OCLOCK 的下降沿时数据开始变化;(4)I/OCLOCK 的最后一个下降沿,将转换的控制信 号传送到内部状态控制位。

  EOC,引脚为19,转换结束端。在最后的I/OCLOCK 下降沿之后,EOC 从高电平变 为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止。EOC 引脚由高变低是在第12 个时钟的 下降沿,它标志TLC2543开始对本次采样的模拟量进行A/ D 转换,转换完成后EOC 变高, 标志转换结束。

  1.2 串口输出电路介绍

  如图2所示,是MAX232芯片与单片机AT89LS51与PC机的具体电路图,外围元件都是按照 MAX232的标准外围元件接入,其连接电路简单,稳定;串口针脚的接法也是按照标准工业的 说明接入,其中第2个针脚是接入数据,第3个针脚是发送数据,第5个针脚接地,其他针脚 悬空。

[1] [2]

关键字:转换  应用

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2010/0130/article_2038.html
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