電路設(shè)計數(shù)據(jù)采集論文范文

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1硬件電路設(shè)計

1.1傳感器電路設(shè)計外部電容與片內(nèi)電阻一起構(gòu)成一個低通濾波器，用于限制ADXRS646速率響應(yīng)的帶寬。3dB頻率由和設(shè)置：可以精確控制該頻率，因為在制造期間被調(diào)整至。在RATEOUT腳（1B，2A）和SUMJ引腳（1C，2C）之間連接的任何外部電阻將導(dǎo)致：由于陀螺儀的18kHz諧振頻率會造成解調(diào)時的高頻噪聲，因此在陀螺儀的輸出管腳由電阻和22nF電容（2.2kHz極點(diǎn)）組成低通RC輸出濾波器，以衰減解調(diào)尖峰引起的高頻噪聲。

1.2控制電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計選用C8051F410單片機(jī)對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，C8051F410具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令完全兼容。C8051F410資源豐富，具有24個I/O引腳，同時還具有時鐘振蕩器等功能模塊。ADS1274是TI公司生產(chǎn)的24位無失碼高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有最高144kSPS數(shù)據(jù)采樣速率，功耗低，在52kSPS（高精度模式）采樣速率下，單通道功耗僅為31mW，工作溫度范圍廣，最低溫度-40°C最高溫度+125°C，非常適合應(yīng)用于條件苛刻的工業(yè)控制領(lǐng)域。該芯片模擬前端具有4個單端輸入通道,模擬部分采用5V供電，內(nèi)核為3.3V或者1.8V供電。模擬輸入電壓為———0.3V~6V。采用THS4521作為AD轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動器，THS4521極低功耗軌至軌輸出全差動放大器，帶寬高達(dá)145MHz，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率高達(dá)490V/μs，直流開環(huán)增益為119dB，寬范圍供電電壓：+2.5V~+5.5V，單通道電流僅為1.14mA。C8051F410與ADS1274通過標(biāo)準(zhǔn)SPI接口進(jìn)行通信，設(shè)計采用3線制的主、從方式。C8051F410控制ADS1274，C8051F410通過SCLK時鐘管腳提供并控制ADS1274提供SPI的時鐘信號。單片機(jī)的MOSI引腳與ADS1274的DIN引腳相連，向ADS1274發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)配置寄存器，設(shè)置工作模式等功能。C8051F410的MISO引腳與ADS1274的DOUT相連，接收AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。ADS1274的RDY引腳與單片機(jī)的P0.3引腳相連，當(dāng)ADS1274完成模數(shù)轉(zhuǎn)換以后，RDY引腳有高電平變?yōu)榈碗娖剑ㄖ獑纹瑱C(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換完成，準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)。

1.3恒流電源電路LM2904系列運(yùn)算放大器是TI公司生產(chǎn)的低功耗雙運(yùn)算放大器。ADXRS646型MEMS陀螺儀需要的供電電壓為6V，由LM2904構(gòu)成的放大電路可以產(chǎn)生兩路穩(wěn)定的6V電壓，輸出抖動小于5mV，輸出電流可以達(dá)到40mA，滿足MEMS陀螺儀的供電要求。由LM2904構(gòu)成的基本電壓放大電路。放大電路的輸入電壓5V，電壓的放大倍數(shù)為1.2倍，由此可以得出兩路輸出A和B均為6V。

2軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)采集裝置上電后首先對C8051F410進(jìn)行初始化設(shè)置，通過配置寄存器，設(shè)置SPI通信模式、內(nèi)部振蕩器的工作頻率以及看門狗的監(jiān)測時間。然后對ADS1274進(jìn)行AD采樣率、工作模式和通信模式等模塊的初始化。選擇ADS1274的差分模擬輸入通道AIN1、AIN2、AIN3進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，模擬電壓輸入范圍為0~5V，數(shù)據(jù)寄存器配置為24位。向ADS1274發(fā)送開始轉(zhuǎn)換命令，單片機(jī)開始計時，計時時間未結(jié)束，傳輸采集的數(shù)據(jù)；計時時間到，繼續(xù)開始AD轉(zhuǎn)換。采集后的角速率數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)簡單處理后，由RS232串口輸出。

3實驗分析與結(jié)論

測試實驗通過三軸轉(zhuǎn)臺進(jìn)行，講采集到的數(shù)據(jù)通過MATLAB進(jìn)行分析，并進(jìn)行姿態(tài)角的解算。姿態(tài)測試系統(tǒng)于2014年9月在太原進(jìn)行實驗，利用matlab對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到的角速度曲線。實驗結(jié)果表明該角速度采集系統(tǒng)設(shè)計方案可行，采集轉(zhuǎn)換速度快、采集轉(zhuǎn)化精度高，操作簡單智能，可應(yīng)用于導(dǎo)航、野外定向、氣象探測、傾斜監(jiān)測等多個領(lǐng)域。

作者：李軍生陳曄單位：中北大學(xué)