现代测量技术与误差分析报告
现代测量技术与误差分析报告
现代测量技术与误差分析作业摘要：本文根据作业要求设计数据采集及输出控制电路,经过分析选用常用的8位处理器89C51作为处理器;由于设计任务要求采集两路压力传感器信号,并且输出端同样要求控制两路电机,而设计要求的ADC和DAC芯片仅提供单路,因此需要加上多路控制开关,实现分时采集及控制,以减小设计成本;另外本设计增加滤波放大电路等提高实验精度;1.实验任务及要求输入端：两个通道1、压力传感器的量程：0~100Kg;2、传感器灵敏度：0.01Kg;3、传感器分辨率：0.01 Kg;4、传感器信号输出频率：<1000Hz;5、测试系统工作量程：0~50Kg;6、测试过程中具有高频扰动；7、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃;8、传感器输出采用电流输出：4-20mA标准电流输出输出端：两个通道9、电机所需驱动电压：－10V~10V;10、电机所需驱动电流：<100mA;11、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃；要求：1、设计完整的数据采集及输出控制电路,ADC采用AD976；DAC采用AD6692、各通道测控周期<5ms;3、详细说明采集电路的设计依据；4、CPU可不指定型号,采集电路与CPU的接口由示意图形式表示；5、给出采集电路所有用到的元器件的具体型号、参数,主要考虑的指标；6、提供主要元器件的说明书；7、给出ADC、DAC的驱动程序;2.总体设计本设计任务要求有信号采集和输出控制两部分;其中数据采集传感器输出信号为带有高频噪声干扰的4——20mA的电流信号;图1 总体设计框图3.数据采集电路根据实验任务要求,需要采集两路压力传感器输出的电流信号,同时采集的信号带有高频噪声干扰;根据设计需要,应对传感器输出的电流信号就行信号调理放大滤波等操作,然后进行A\D转换存进CPU中;1.信号调理模块设计要求采集两路压力传感器输出的电流信号,而所提供的的AD976芯片只提供单通道输入,为节约设计成本,在满足设计任务要求的情况下采用多路模拟开关CD4066控制输入和输出的选择;CD4066 是一种双向模拟开关,在集成电路内有４个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关;每个开关有一个输人端和一个输出端,它们可以互换使用,还有一个选通端又称控制端,当选通端为高电平时,开关导通；当选通端为低电平时,开关截止;使用时选通端是不允许悬空的;图2 CD4066引脚接线通过四路控制信号控制四路开关的导通与否,该设计数据采集部分需要两路通道,选择SWA,SWB用于数据采集,两路传感器输出信号分别接至1、4引脚,2、3引脚相连接至后续处理电路,通过CONTROL A,CONTROL B引脚控制采集哪路信号;剩余两路控制开关SWC,SWD可用于输出控制模块;根据提供的信息,传感器信号输出频率：<1000Hz,且测试过程中存在高频噪声干扰,因此需要对传感器采集到的信号进行低通滤波,截止频率为1000Hz;此外,压力传感器的量程：0~100Kg; 而测试系统工作量程：0~50Kg,为了充分利用AD转换器的转换量程,提高转换精度,需要将传感器输出信号放大两倍;因此本设计需要设计一个低通滤波电路,截止频率f c=1KHz,通带电压放大倍数A uo=2,设计电路如图3所示;图3 低通滤波及放大电路传输函数为Au(S)=A uoωc 2s2+ωcQ ∗s+ωc21通带内电压放大倍数 A uo=1+R4R32其中ωc为滤波器的截止角频率ωc=2∗π∗f c 3f c为通带截止频率,Q为品质因数,同时为了减小输入偏置电流及其漂移对电路的影响,应使R1+R2=R3//R4 4我们取品质因数Q=,截止频率f c=1kHz,C1=μF,电压放大倍数为A uo=2,可计算求得R1=,R2=,R3=R4=,C1=C2=μF;信号经过滤波放大后输出的为4——20mA的电流信号,需要将其转换成电压信号以便后续处理;在该模块我们直接采用ISO EM系列直流电压/电流信号隔离放大器,型号为ISO EM-A4-P1-O10,信号输入：4-20mA ；信号输出：0-±10V；辅助电源：24V;结构如图4所示：图4 电流/电压转换芯片2 AD转换模块压力传感器输出信号经过调理滤波放大并转换成0-±10V的电压信号,需要进行AD转换送到处理器中进行数据处理,根据设计要求采用AD976模块;AD976/AD976A为16位逐次逼近式ADC ,AD976/AD976A与8位和12位的AD转换器相比16位ADC在精度要求较高的场合更能符合设计要求;AD976/AD976A是美国模拟器件Analog Device公司推出的一款16位高精度、高速、低功耗ADC;采用逐次逼近式工作原理单一+5V供电；单通道输入；输入电压范围+/-10V；采样速率为100KSPS,足够满足设计要求的测控周期要求;此芯片满幅为±4 VREFVREF=时,±10V范围输入;传输特性如下：输入量+FSR - 1LSB 输出量7FFFMidscale + 1LSB 0001Midscale 0000Midscale - 1LSB 0001-FSR + 1LSB 8001-FSR 8000AD976 有两种转换模式, 第一种转换模式中, CS引脚固定为低电平, 转换时序由R/C 信号的负跳变控制, 该信号脉冲宽度至少应为50nS;当R/C 变为低电平并延迟t3后, BUSY 信号将变为低电平直到转换完成;转换结束后, 移位寄存器中的数据将被新的二进制补码数据所更新;该模式下的采样速率可由R/C 信号的负脉冲间隔来决定;第二种转换模式通过CS信号来控制转换及输出数据的读出过程;在这一模式中, R/C 信号的下降沿必须比CS脉冲脉冲宽宽40ns 至少提前10nS 送到模数转换器的输入引脚, 一旦这两个负脉冲到来, 并延迟t3后,BUSY 信号将变为低电平直到转换完成, 同时将在最多8uS100kSPS 时后将BUSY 信号返回高电平, 这时, 转换结果在D0~ D15 上的数据有效;我们采用模式2进行AD转换;AD976／AD976A 要开始一次转换．首先需要将 /CS信号置低,之后R／C信号的下降沿使得内部采样／保持单元进入保持状态并开始一次转换,信号在开始一次转换时变为低,且在转换结束前保持为低;/BUSY信号变高时说明转换已经结束, 的上升沿可以用来锁存输出数据;此时,将R／C置高,即可把转换结果输出到数据总线上,数据有效可用;BYTE为低时高八位从D15～D8输出,低八位从D7～D0输出,为高时相反；高八位从D7～DO输出,低八位从D15～D8输出;本实验设计采用AT89C51单片机作为CPU,为节约成本减少端口扩展芯片的使用,仅采用P0口作为数据的输出;因此本设计将单片机的P0口接至AD976的D7-D0端口,通过控制BYTE位的高低,控制先采集高8位数据,再采集低8位数据,再将两组数据组合成16位数据;数据采集模块的总体设计如图5所示：图5 数据采集模块设计单片机通过P15,P16口控制采集信号属于哪一路通道,正常工作情况下,只允许一路通道打开,采集完成后需将对应引脚置零,引脚用于接收AD976的反馈信号,当该引脚收到低电平信号,表示AD转换结束,单片机片通过P0口接收数据,引脚连接至AD芯片的BETY 端,控制接收的是高8位数据还是低8位数据;4 输出控制电路单片机输出数字信号,经过DA转换成模拟信号后经过电压放大等操作后驱动后续电路,而本实验要求电机所需驱动电压：－10V~10V,而DA模块AD669输出电压可以选择为－10V~10V,刚好满足电机驱动;AD669是一款完整的16位单芯片数模转换器,内置一个片内基准电压源和输出放大器;它采用ADI公司BiMOS II工艺制造,可以在同一芯片上实现高精度双极性线性电路与低功耗CMOS逻辑功能;AD669芯片内置电流开关、解码逻辑、一个输出放大器、一个嵌入式齐纳基准电压源以及多个双缓冲锁存器;该器件的架构可在整个温度范围内确保15位单调性;积分非线性保持在±%,微分非线性最大值为±%;片内输出放大器可以使电压输出在10 μs达到1/2 LSB以内的精度满量程步进;数据以并行16位格式载入AD669;双缓冲锁存结构不仅可以消除数据偏斜误差,还能够在多DAC系统中同时更新各DAC;三个TTL/LSTTL/5 V CMOS兼容型信号控制下列锁存：CS、L1和LDAC;AD669的输出范围通过引脚编程,可以设置为0 V至10 V单极性输出范围或-10 V 至+10 V双极性输出范围,采用28引脚密封cerdip封装;由于AD669需要16位输出,为此我们增加一个8位的数据锁存器74LS373,先通过P0口输出低8位放在锁存器中在输出高8位同时打开锁存器输出,16位信号送至AD669模块中进行DA转换;电路图如图6所示：图6 输出控制电路5 ADC、DAC的驱动程序数据采集模块驱动程序：include <>include <>Sbit IN976=;控电路第三版.北京：机械工业出版社,2007.2 顾振国.数据采集器技术的发展动态J. 中国设备管理. 1994033 苗大龙,李果,张广明等.基于AT89C51RC的以太网数据采集器设计与实现J.机床与液压.2011024 马青.高速数据采集信号调理电路的研究D. 哈尔滨理工大学20095 熊志文,陈文龙,陈灵辉.基于可重构的高速并行数据采集系统的设计与实现J.计算机工程与科学.2009126 张萍萍,傅越千.基于C8051F360和FPGA的高速数据采集系统设计J. 宁波工程学院学报. 201003。
(2014春版)《现代检测技术》实验指导书
《现代检测技术》实验指导书李学聪冯燕编广东工业大学自动化学院二０一四年二月实验一 热电偶测温及校验一、 实验目的1.了解热电偶的结构及测温工作原理；2.掌握热电偶校验的基本方法；3.学习如何定期检验热电偶误差，判断是否及格。
二、 实验内容和要求观察热电偶，了解温控电加热器工作原理; 通过对K 型热电偶的测温和校验，了解热电偶的结构及测温工作原理；掌握热电偶的校验的基本方法；学习如何定期检验热电偶误差，判断是否合格。
三、 实验主要仪器设备和材料1. CSY2001B 型传感器系统综合实验台(下称主机) 1台2. 温度传感器实验模块 1块3. 热电偶镍铬 ― 镍硅热电偶(K，作被校热电偶) 1支 镍铬 ― 锰白铜热电偶(E，作控温及标准热电偶) 1支4. 213位数字万用表 1只四、 实验方法、步骤及结果测试1.观察热电偶，了解温控电加热器工作原理。
①拿起热电偶并握紧黑柄，然后旋开热电偶的金属保护套，缓慢抽出，观察热电偶的外形。
观察完后，将其旋紧并注意不可以让热电偶和金属保护套接触。
②温控器：作为热源的温度指示、控制、定温之用。
温度调节方式为时间比例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。
2.仪器连线（如图1所示）① 首先将综合实验台的电源开关置“关”， 然后将电源插头（实验桌前面）和加热炉电源插座插入综合实验台面板上的“220V 加热电源出”处；② 将热电偶工作端插进温度传感器实验模块上的加热炉炉膛内， E 和K 分度热电偶的冷端按极性（注意区分“+”和“—”）分别接在“温控”和“测试”端。
3.开启电源 将综合实验台和加热炉的电源开关打“开”。
4.设定温度和测量数据将功能开关置“设定”，调节旋钮设定温度为50℃， 然后将开关拨至“测量”位置；当炉温达到设定值时， 等待3―5分钟炉温恒定后，分别测量“温控”和“测试”的电压（开关保持在“温控”状态），交互测量四次，把输出的热电势记录于表2中。
测量技术工作总结报告
测量技术工作总结报告一、引言测量技术是现代工程领域不可或缺的一部分，它在各个领域的应用广泛且深入。
本次报告旨在总结我在测量技术工作中所取得的成绩和经验，以及遇到的困难和问题，并提出我对未来工作的展望和改进。
二、工作内容及成果1. 工作内容在过去的一年中，我主要负责以下几个方面的测量技术工作：（1）测量仪器的校准与维护：定期对实验室的各类测量仪器进行校准和维护，确保其准确性和可靠性。
（2）数据采集与处理：使用各类传感器和测量设备进行数据采集，并通过相应的软件对数据进行处理和分析。
（3）测量误差分析与改进：对测量过程中产生的误差进行分析，并找出改进措施，以提高测量精度和准确性。
（4）现场测量与监测：参与各类工程项目的测量与监测工作，包括建筑物沉降、土壤位移等方面的测量。
2. 工作成果在我所承担的测量技术工作中，我取得了以下几个成果：（1）成功完成了多个项目的测量工作，包括一个大型道路建设项目的地面高程测量和路面质量检测。
（2）对常用测量仪器进行了校准和维护工作，提高了仪器的准确性和可靠性。
（3）使用数据处理软件对采集到的数据进行了分析和处理，并成功应用于某个项目的分析报告中。
（4）针对某个工程项目中的测量误差问题，提出了改进措施，并成功降低了误差。
三、问题与困难在工作过程中，我也遇到了一些问题和困难，主要包括以下几个方面：1. 技术问题：有时在现场测量中，遇到了一些特殊的技术问题，需要在短时间内解决，这对我的技术能力提出了一定的要求。
2. 数据处理和分析：对于大量的数据进行处理和分析，需要一定的专业知识和经验，而我在这方面还有待提高。
3. 与他人的合作：在一些大型项目中，需要与其他部门或单位合作，这要求我具备良好的沟通协调能力和团队合作精神。
四、经验启示通过这段时间的工作，我学到了很多宝贵的经验和教训，有以下几点启示：1. 提高自身技术能力：只有不断提高自己的技术能力，才能更好地完成测量工作，并解决在工作中遇到的问题。
激光误差分析报告
激光误差分析报告1. 引言激光技术在现代各个领域中得到了广泛应用，例如在测量、制造和通信等方面。
然而，由于激光技术的性质以及各种外界因素的影响，激光的测量结果不可避免地会存在一定的误差。
对于准确测量和应用激光技术来说，了解和分析这些误差是非常重要的。
本报告旨在对激光误差进行分析，并提供相应的解决方案。
2. 误差来源2.1 环境因素激光测量的准确性会受到周围环境因素的影响。
例如，温度、湿度和大气压力等因素会导致激光束的传输特性发生变化，从而引起测量误差。
2.2 仪器因素激光测量仪器本身的误差也是造成测量结果误差的重要因素。
激光器的输出功率稳定性、光束的发散角度、接收器的灵敏度等都会对测量结果产生影响。
2.3 目标因素被激光测量的目标的表面特性和形状也会对测量结果产生误差。
例如，目标表面的反射率不均匀、粗糙度和几何形状的不规则都可能引起测量误差。
3. 误差分析方法3.1 标准参考物为了准确评估激光测量误差，我们需要选择适当的标准参考物进行校准和比较。
根据实际需求，可以选择具有高精度和稳定性的物体作为标准参考物，例如规定尺寸的金属块或标准测量仪器。
3.2 运动台分析在激光测量过程中，运动台也可能引起一定的误差。
通过对运动台的运动特性进行分析和测试，可以减少其对激光测量结果的影响。
例如，可以调整运动台的速度和加速度，减小运动过程中的震动和惯性。
3.3 数据处理激光测量的原始数据通常包含一定的噪声和干扰。
为了获得准确的测量结果，我们需要对原始数据进行适当的滤波和处理。
常用的方法包括平均滤波、中值滤波和数字滤波等。
4. 误差补偿方法4.1 环境补偿针对环境因素引起的误差，可以采取相应的环境补偿措施。
例如，通过在测量仪器中加入温湿度传感器，监测环境的变化并进行实时补偿。
4.2 仪器校准定期对激光测量仪器进行校准也是减少误差的重要手段。
通过与标准参考物进行对比，对仪器进行校准和调整，以确保其测量结果的准确性和稳定性。
测量系统研究分析报告
测量系统研究分析报告摘要：本报告旨在对测量系统进行研究分析，通过对测量系统的组成、工作原理和应用领域的探讨，揭示其在工程和科学领域中的重要性和作用。
首先，文章介绍了测量系统的概念、组成和分类。
然后，详细阐述了测量系统的工作原理、误差源以及校准方法。
随后，探讨了测量系统在不同领域的应用情况，并分析了其在现代科技发展中的前景和挑战。
最后，总结了本报告的主要观点，并提出了进一步研究的方向和建议。
1. 引言测量是现代科学和工程领域中不可或缺的重要环节，测量系统作为测量技术的核心，发挥着至关重要的作用。
测量系统能够通过采集、处理和输出物理量的信息，为科学研究和工程应用提供准确的数据，并对实验结果的可靠性和精确性提供保障。
了解和研究测量系统的组成、工作原理及其应用范围，对于科学家、工程师和技术人员来说具有重要的实践意义。
2. 测量系统的概念和组成测量系统是由测量器件、信号传输和处理部分以及显示和控制装置构成的复杂系统。
其中，测量器件负责对被测量对象进行检测和采集信息，信号传输和处理部分负责将采集到的信号在系统内传导和处理，显示和控制装置将处理好的信号呈现给用户。
测量系统的组成因测量对象的不同而异，但其本质是将物理量转化为可读取的信息。
3. 测量系统的分类根据测量系统所测量的物理量的不同，可以将测量系统分为电气测量系统、光学测量系统、化学测量系统等。
电气测量系统主要用于电力、电子、通信等领域，光学测量系统则广泛应用于光学显微镜、摄影测量等场景，化学测量系统常见于化学分析和实验研究。
4. 测量系统的工作原理测量系统的工作原理可以简单描述为：通过测量器件对被测量对象进行检测，将信号传输至信号传输和处理部分进行处理，并最终通过显示和控制装置将处理好的信号呈现给用户。
不同的测量器件和传输处理部分对应不同的物理量测量方法和技术原理。
5. 测量系统的误差源和校准方法测量系统中的误差源包括系统本身的固有误差、环境条件对测量的影响以及人为因素带来的误差等。
测量系统分析报告
测量系统分析报告一、引言测量是现代工业生产、科学研究和日常生活中不可或缺的一项技术。
无论是生产工艺的控制，还是科学实验的可靠性，都离不开精确的测量数据。
因此，对测量系统的性能进行分析和评估，有助于提高测量的准确性和可靠性，进而优化工艺流程和科学研究。
二、测量系统的性能指标1. 准确性: 测量结果与实际值的接近程度。
准确性是测量系统的核心指标，直接关系到数据的可信度和工艺的精确性。
常见的误差源有系统误差和随机误差，需要通过校准和精确度分析来减小误差。
2. 精确度: 反映了测量的重复性和稳定性。
精确度越高，测量数据的离散程度越小，说明测量系统的稳定性和一致性较好。
为保持精确度，需要定期维护和校准测量设备，并确保环境条件的稳定。
3. 灵敏度: 测量系统对测量量变化的敏感程度。
灵敏度高的测量系统可以检测到较小的变化，灵敏度低的测量系统则容易忽略细微变化。
提高灵敏度需要优化传感器设计和信号处理方法。
三、测量系统分析方法1. 校准方法: 通过与已知标准进行比较，修正测量结果的偏差。
常用的校准方法有零点校准、量程校准和多点校准。
校准过程需要严谨的操作和标准设备的选用，以确保校准的准确性和可靠性。
2. 统计分析: 通过收集一定量的测量数据，利用数理统计方法对数据进行分析和处理。
统计分析可以得到数据的分布规律、变异程度、可信区间等信息，从而评估测量系统的性能和偏差。
3. 标准化分析: 基于制定的国家或行业标准，对测量系统进行评估和判定。
标准化分析方法一般包括标准对照、性能检验和合格评定等步骤，可以提供客观的评估结果。
四、测量系统分析案例以某工厂的温度测量系统为例，进行分析和评估。
通过对温度传感器进行校准和统计分析，得到以下结果：1. 准确性分析: 经过校准后，温度传感器的偏差在±0.5℃范围内。
实际生产中，由于环境条件的变化和设备老化等因素，可靠的测量结果应保持在±1℃范围内。
2. 精确度分析: 对同一温度进行重复测量，测量数据的标准偏差为0.2℃。
测量仪器的校准方法及误差分析技巧
测量仪器的校准方法及误差分析技巧一、引言在现代科学和工程领域，测量是一项关键的工作。
而测量的准确性则依赖于仪器的精确度和准确度。
为了确保仪器所得到的测量结果可靠，校准仪器是至关重要的一步。
本文将介绍测量仪器校准的方法以及误差分析的技巧。
二、校准方法校准是通过与已知准确数据进行比较，确定仪器的误差并进行修正的过程。
下面将介绍几种常见的校准方法。
1. 比较法比较法是将待测仪器的测量结果与已知准确度非常高的仪器进行比较。
例如，在物理实验中，使用标准器具如天平或万用表与待测器具进行比较，通过比较差异，可以确定待测器具的误差，并进行校准。
2. 标志物法标志物法是通过使用已知规格的标志物来校准仪器。
例如，在食品工业中，使用pH标准液来校准pH计，将pH计测量的结果与标准液的pH值进行比较，计算出仪器的误差，并进行修正。
3. 内校准法内校准法是使用仪器自带的校准功能进行校准。
例如，在电子设备中，使用自带的校准程序对仪器的各项功能进行测试和调整，从而保证仪器的准确性和稳定性。
4. 外校准法外校准法是将待测仪器送往专门的校准机构，由专业的技术人员对仪器进行全面的校准。
这种方法通常适用于精密仪器和高精度测量需求的场合。
三、误差分析技巧除了校准方法外，误差分析也是非常重要的一环。
误差分析可以帮助我们了解测量结果的可靠性，并提供对仪器操作和环境因素的改进意见。
以下是一些常用的误差分析技巧。
1. 重复测量法重复测量法是通过重复多次测量同一物理量，然后计算平均值和标准差来确定测量结果的准确性和精度。
通过分析标准差可以了解到测量中存在的随机误差和系统误差。
2. 系统误差分析系统误差是由于仪器固有的缺陷或者操作者的不正确使用而导致的误差。
通过仪器自身的技术说明书或者厂商提供的校准报告，可以了解系统误差的来源和修正方法。
3. 环境误差分析环境误差是由于温度、湿度、压力等环境因素造成的测量误差。
在进行测量之前，需要注意环境因素的影响，并采取相应的措施进行校正，以保证测量结果的准确性。
测量学实验报告（精选7篇）
测量学实验报告测量学实验报告（精选7篇）随着个人的文明素养不断提升，报告的使用频率呈上升趋势，其在写作上有一定的技巧。
你还在对写报告感到一筹莫展吗？以下是小编为大家整理的测量学实验报告，仅供参考，欢迎大家阅读。
测量学实验报告篇1测量学（又名测地学）涉及人类生存空间，及通过把空间区域列入统计（列入卡片索引），测设定线和监控来对此进行测定。
它的任务从地形和地球万有引力场确定到卫土地测量学（不动产土地），土地财产证明，土地空间新规定和城市发展。
一、实验目的由于测量学是一门实践性很强的学科，而测量实验对培养学生思维和动手能力、掌握具体工作程序和内容起着相当重要的作用。
实习目的与要求是熟练掌握常用测量仪器（水准仪、经纬仪）的使用，认识并了解现代测量仪器的用途与功能。
在该实验中要注意使每个学生都能参加各项工作的练习，注意培养学生独立工作的能力，加强劳动观点、集体主义和爱护仪器的教育，使学生得到比较全面的锻炼和提高、测量实习是测量学理论教学和实验教学之后的一门独立的实践性教学课程，目的在于：1、进一步巩固和加深测量基本理论和技术方法的理解和掌握，并使之系统化、整体化；2、通过实习的全过程，提高使用测绘仪器的操作能力、测量计算能力、掌握测量基本技术工作的原则和步骤；3、在各个实践性环节培养应用测量基本理论综合分析问题和解决问题的能力，训练严谨的科学态度和工作作风。
二、实验内容步骤简要：1）拟定施测路线。
选一已知水准点作为高程起始点，记为a，选择有一定长度、一定高差的路线作为施测路线。
然后开始施测第一站。
以已知高程点a作后视，在其上立尺，在施测路线的前进方向上选择适当位置为第一个立尺点（转点1）作为前视点，在转点1处放置尺垫，立尺（前视尺）。
将水准仪安置在前后视距大致相等的位置（常用步测），读数a1，记录；再转动望远镜瞄前尺读数b1，并记录。
2）计算高差。
h1=后视读数一前视读数＝a1—b1，将结果记入高差栏中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
现代测量技术与误差分析（作业）摘要：本文根据作业要求设计数据采集及输出控制电路，经过分析选用常用的8位处理器89C51作为处理器。
由于设计任务要求采集两路压力传感器信号，并且输出端同样要求控制两路电机，而设计要求的ADC和DAC芯片仅提供单路，因此需要加上多路控制开关，实现分时采集及控制，以减小设计成本。
另外本设计增加滤波放大电路等提高实验精度。
1.实验任务及要求输入端：两个通道1、压力传感器的量程：0~100Kg;2、传感器灵敏度：0.01Kg;3、传感器分辨率：0.01 Kg;4、传感器信号输出频率：<1000Hz;5、测试系统工作量程：0~50Kg;6、测试过程中具有高频扰动；7、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃。
8、传感器输出采用电流输出：4-20mA标准电流输出输出端：两个通道9、电机所需驱动电压：－10V~10V;10、电机所需驱动电流：<100mA;11、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃；要求：1、设计完整的数据采集及输出控制电路，ADC采用AD976；DAC 采用AD6692、各通道测控周期<5ms;3、详细说明采集电路的设计依据；4、CPU可不指定型号，采集电路与CPU的接口由示意图形式表示；5、给出采集电路所有用到的元器件的具体型号、参数，主要考虑的指标；6、提供主要元器件的说明书；7、给出ADC 、DAC 的驱动程序。
2.总体设计本设计任务要求有信号采集和输出控制两部分。
其中数据采集传感器输出信号为带有高频噪声干扰的4——20mA 的电流信号。
图1 总体设计框图3.数据采集电路根据实验任务要求，需要采集两路压力传感器输出的电流信号，同时采集的信号带有高频噪声干扰。
根据设计需要，应对传感器输出的电流信号就行信号调理放大滤波等操作，然后进行A\D 转换存进CPU 中。
1. 信号调理模块设计要求采集两路压力传感器输出的电流信号，而所提供的的AD976芯片只提供单通道输入，为节约设计成本，在满足设计任务要求的情况下采用多路模拟开关CD4066控制输入和输出的选择。
CD4066 是一种双向模拟开关，在集成电路内有４个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。
每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称控制端），当选通端为高电平时，开关导通；当选通端为低电平时，开关截止。
使用时选通端是不允许悬空的。
大电路模数转换电路数模转换电路图2 CD4066引脚接线通过四路控制信号控制四路开关的导通与否，该设计数据采集部分需要两路通道，选择SWA,SWB用于数据采集，两路传感器输出信号分别接至1、4引脚，2、3引脚相连接至后续处理电路，通过CONTROL A,CONTROL B引脚控制采集哪路信号。
剩余两路控制开关SWC,SWD可用于输出控制模块。
根据提供的信息，传感器信号输出频率：<1000Hz，且测试过程中存在高频噪声干扰，因此需要对传感器采集到的信号进行低通滤波，截止频率为1000Hz。
此外，压力传感器的量程：0~100Kg; 而测试系统工作量程：0~50Kg，为了充分利用AD转换器的转换量程，提高转换精度，需要将传感器输出信号放大两倍。
因此本设计需要设计一个低通滤波电路，截止频率f c=1KHz,通带电压放大倍数A uo=2，设计电路如图3所示。
图3 低通滤波及放大电路传输函数为Au(S)=A uoωc 2s2+ωcQ ∗s+ωc2(1)通带内电压放大倍数 A uo=1+R4R3(2)其中ωc为滤波器的截止角频率ωc=2∗π∗f c(3)f c为通带截止频率，Q为品质因数，同时为了减小输入偏置电流及其漂移对电路的影响，应使R1+R2=R3//R4(4) 我们取品质因数Q=0.707，截止频率f c=1kHz，C1=0.01μF，电压放大倍数为A uo=2,可计算求得R1=5.63k，R2=11.25k，R3=R4=33.76k，C1=C2=0.01μF。
信号经过滤波放大后输出的为4——20mA的电流信号，需要将其转换成电压信号以便后续处理。
在该模块我们直接采用ISO EM系列直流（电压/电流）信号隔离放大器，型号为ISO EM-A4-P1-O10，信号输入：4-20mA ；信号输出：0-±10V；辅助电源：24V。
结构如图4所示：图4 电流/电压转换芯片2 AD转换模块压力传感器输出信号经过调理滤波放大并转换成0-±10V的电压信号，需要进行AD转换送到处理器中进行数据处理，根据设计要求采用AD976模块。
AD976/AD976A为16位逐次逼近式ADC ，AD976/AD976A与8位和12位的AD转换器相比16位ADC在精度要求较高的场合更能符合设计要求。
AD976/AD976A是美国模拟器件Analog Device公司推出的一款16位高精度、高速、低功耗ADC。
采用逐次逼近式工作原理单一+5V供电；单通道输入；输入电压范围+/-10V；采样速率为100KSPS,足够满足设计要求的测控周期要求。
此芯片满幅为±4 VREF(VREF=2.5V)时,±10V范围输入。
传输特性如下：输入量+FSR - 1LSB 输出量7FFFMidscale + 1LSB 0001Midscale 0000Midscale - 1LSB 0001-FSR + 1LSB 8001-FSR 8000AD976 有两种转换模式, 第一种转换模式中, CS引脚固定为低电平, 转换时序由R/C 信号的负跳变控制, 该信号脉冲宽度至少应为50nS。
当R/C 变为低电平并延迟t3后, BUSY 信号将变为低电平直到转换完成。
转换结束后, 移位寄存器中的数据将被新的二进制补码数据所更新。
该模式下的采样速率可由R/C 信号的负脉冲间隔来决定。
第二种转换模式通过CS信号来控制转换及输出数据的读出过程。
在这一模式中, R/C 信号的下降沿必须比CS脉冲( 脉冲宽宽40ns) 至少提前10nS 送到模数转换器的输入引脚, 一旦这两个负脉冲到来, 并延迟t3后,BUSY 信号将变为低电平直到转换完成, 同时将在最多8uS( 100kSPS 时) 后将BUSY 信号返回高电平, 这时, 转换结果在D0~ D15 上的数据有效。
我们采用模式2进行AD转换。
AD976／AD976A 要开始一次转换．首先需要将 /CS信号置低，之后R／C信号的下降沿使得内部采样／保持单元进入保持状态并开始一次转换，信号在开始一次转换时变为低，且在转换结束前保持为低。
/BUSY信号变高时说明转换已经结束，的上升沿可以用来锁存输出数据。
此时，将R／C置高，即可把转换结果输出到数据总线上，数据有效可用。
BYTE为低时高八位从D15～D8输出，低八位从D7～D0输出，为高时相反；高八位从D7～DO输出，低八位从D15～D8输出。
本实验设计采用AT89C51单片机作为CPU，为节约成本减少端口扩展芯片的使用，仅采用P0口作为数据的输出。
因此本设计将单片机的P0口接至AD976的D7-D0端口，通过控制BYTE位的高低，控制先采集高8位数据，再采集低8位数据，再将两组数据组合成16位数据。
数据采集模块的总体设计如图5所示：图5 数据采集模块设计单片机通过P15，P16口控制采集信号属于哪一路通道，正常工作情况下，只允许一路通道打开，采集完成后需将对应引脚置零，P1.0引脚用于接收AD976的反馈信号，当该引脚收到低电平信号，表示AD转换结束，单片机片通过P0口接收数据，P2.0引脚连接至AD芯片的BETY端，控制接收的是高8位数据还是低8位数据。
4 输出控制电路单片机输出数字信号，经过DA转换成模拟信号后经过电压放大等操作后驱动后续电路，而本实验要求电机所需驱动电压：－10V~10V，而DA模块AD669输出电压可以选择为－10V~10V，刚好满足电机驱动。
AD669是一款完整的16位单芯片数模转换器，内置一个片内基准电压源和输出放大器。
它采用ADI公司BiMOS II工艺制造，可以在同一芯片上实现高精度双极性线性电路与低功耗CMOS逻辑功能。
AD669芯片内置电流开关、解码逻辑、一个输出放大器、一个嵌入式齐纳基准电压源以及多个双缓冲锁存器。
该器件的架构可在整个温度范围内确保15位单调性。
积分非线性保持在±0.003%，微分非线性最大值为±0.003%。
片内输出放大器可以使电压输出在10 μs达到1/2 LSB以内的精度（满量程步进）。
数据以并行16位格式载入AD669。
双缓冲锁存结构不仅可以消除数据偏斜误差，还能够在多DAC系统中同时更新各DAC。
三个TTL/LSTTL/5 V CMOS兼容型信号控制下列锁存：CS、L1和LDAC。
AD669的输出范围通过引脚编程，可以设置为0 V至10 V单极性输出范围或-10 V至+10 V双极性输出范围，采用28引脚密封cerdip封装。
由于AD669需要16位输出，为此我们增加一个8位的数据锁存器74LS373，先通过P0口输出低8位放在锁存器中在输出高8位同时打开锁存器输出，16位信号送至AD669模块中进行DA转换。
电路图如图6所示：图6 输出控制电路5 ADC、DAC的驱动程序数据采集模块驱动程序：#include <reg51.h>#include <absacc.h>Sbit IN976=P1.0;//用于判断是否转换结束Sbit T0=P1.5;//转换第1路通道Sbit T1=P1.6;//转换第2路通道#define HDATA XBYTE[0x7E00]//数据高8位读取地址#define LDATA XBYTE[0x7F00]//数据低8位读取地址#define ADCOM XBYTE[0x7F00]//开始转换控制字int READ AD976(void){ int ad;T0=1;T1=0;//获取第1路压力传感器输出信号Unsigned char hdata,ldata;ADCOM=0;//开始转换while(!IN976);//当转换结束hdata=HDATA;//保存高8位数据ldata=LDATA;//保存低8位数据ad=(hdata<<8)+ldata;//转换成16位数据return(ad);}输出控制电路DAC驱动程序：#include <reg51.h>#include <absacc.h>#define DAC669 XBYTE[0Xbf00]//DA转换地址Sbit clock P1.7//控制锁存int hdata,ldata;//高低8位数据int WRITE AD669(int HDATA, int LDATA){ P0=HDATA;//高8位数据送到P0口CLOCK=1;//74LS373锁存高八位数据，并送到AD668高八位DAC669=LDATA;//送低八位数据并开始转换}参考文献[1] 张国雄.测控电路（第三版）.北京：机械工业出版社，2007.[2] 顾振国. 数据采集器技术的发展动态[J]. 中国设备管理. 1994(03)[3] 苗大龙,李果,张广明等.基于AT89C51RC的以太网数据采集器设计与实现[J].机床与液压.2011(02)[4] 马青. 高速数据采集信号调理电路的研究[D]. 哈尔滨理工大学2009[5] 熊志文,陈文龙,陈灵辉.基于可重构的高速并行数据采集系统的设计与实现[J].计算机工程与科学.2009(12)[6] 张萍萍,傅越千. 基于C8051F360和FPGA的高速数据采集系统设计[J]. 宁波工程学院学报. 2010(03)。