【正文】 極性還是雙擊性電壓，AD7705/06的模擬輸入端都能接受。作為多重采樣的結(jié)果，輸入采樣率隨選定的增益而變化（）?！D7705/06的輸入采樣率AD7705/06的調(diào)制器的采樣頻率維持在fCLKIN/128（，fCLKIN = ），而與增益選擇無關(guān)。第5個寄存器是零標度校準寄存器，AD7705/06包含幾組獨立的零標度校準寄存器，每個零標度校準寄存器負責(zé)一個輸入通道，它們都是24位讀/寫寄存器。第3個寄存器是時鐘寄存器，包括濾波器選擇位和時鐘控制。上電或復(fù)位后，器件等待在通信寄存器上進行一次寫操作。AD7705/06包括6個(用戶）可通過串行口訪問的片內(nèi)寄存器。該器件還包括自校準和系統(tǒng)校準選項，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差。AD7705/06是用于智能系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)和基于DSP系統(tǒng)的理想產(chǎn)品，其串行接口可配置為三線接口。當(dāng)電源電壓為5V、這兩種器件都可將輸入信號范圍為0~20mA或0~，還可以處理20mV~。AD7705是雙通道全差分模擬輸入，而AD7706是3通道偽差分模擬輸入，二者都有一個差分基準輸入REFIN(+)和REFIN()，差分輸入的共模范圍是GND~VDD。該器件可以接收直接來自傳感器的低電平輸入信號，然后產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。這種器件具有分辨率高、動態(tài)范圍廣、自校準等特點，適合于工業(yè)測控、儀表測量等領(lǐng)域。噪聲的峰峰值能夠最好的估計測量方法的不確定性。ADXL105典型的噪聲公式可表示為：噪聲（rms）= （）其中：單極性濾波器Ｋ＝（）　　　雙極性濾波器Ｋ＝（）由此可見，一味的增大帶寬將導(dǎo)致較大的噪聲。帶寬的選擇將決定噪聲的基值和測量精度。若想改變傳感器的零點偏置電平，它一端與緩沖放大器的反相端連接，另一端與10k電位器的中抽頭連接，電位器的兩個固定端分別接VDD和COM端,那么UCAOUT的表達式修改如下：UCAOUT=(－AOUT)R2/Rl＋(－Vr)R2/R3＋ （）調(diào)節(jié)10K電位器，即可對零點進行修正。緩沖放大器同相輸入端VNlN接VMID=(VDD/2，VDD=)，調(diào)節(jié)外接電阻R1和R2的阻值，可改變傳感器的輸出靈敏度SCALE=(250R2)/Rl(mV/g)。ADXLl05的輸出，在默認情況下是250mV/g，這個比例放大系數(shù)在有些場合并不適用。由于加速度的產(chǎn)生使得該結(jié)構(gòu)內(nèi)部的差動電容器失去平衡，產(chǎn)生一個幅度與加速度成正比的方渡電壓輸出。 所示。⑦內(nèi)置緩沖放大器，可用于輸出靈敏度及零加速度輸出電平調(diào)節(jié)。⑤直流工作電壓為+ to +。5g。②頻率響應(yīng)范圍寬，為DC to 10KHZ。ADXL105內(nèi)部包含一個多硅表面微處理傳感器和BIMOS信號控制電路，故可形成開環(huán)加速度測量結(jié)構(gòu)。 低功耗空閑和掉電模式 可直接驅(qū)動LED 兩個外部中斷源 1個串行中斷 兩個16位可編程定時/計數(shù)器 32個雙向I/O口 兼容MCS51指令系統(tǒng) AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。原來8051的大量用戶都轉(zhuǎn)向采用ATMEL公司的89系列單片機。它是一種來源于8051而又優(yōu)于8051的系列[14]。INTEL的80C31/80C51/80C71是MCS5l系列中的CHMOS結(jié)構(gòu)，MCS51單片機基本型中的8051是在國內(nèi)有著很大影響的單片機。CHMOS是專為低功耗系統(tǒng)設(shè)計的芯片類型，集成度高，速度快，功耗低?！〔杉到y(tǒng)的CPU模塊MCS51單片機是美國INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS5l系列或其兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，它的基本型產(chǎn)品是8058031和8751。選擇元器件的基本原則是選擇那些能滿足性能、指標可靠性高的元器件。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中可用的各種元器件種類繁多，功能各異、價格不等，這就為我們在器件功能、特性等方面進行選擇提供了較大的自由度。本部分將對這幾個模塊分別進行研究和設(shè)計。3. 采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計在系統(tǒng)分析與總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，本部分對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各個部分的硬件電路進行詳細設(shè)計。電源模塊用LM2576設(shè)計一個5V的穩(wěn)壓源，系統(tǒng)抗干擾方面采用CD4060設(shè)計硬件看門狗電路?！』趩纹瑱C的智能車輛車載加速度采集系統(tǒng)設(shè)計本單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括前向通道（傳感器及小信號放大電路即前置放大器）、信號調(diào)理電路（濾波）、A/D轉(zhuǎn)換電路、信號處理（單片機）以及與PC機的串行通訊電路，還有穩(wěn)壓電源電路及抗干擾電路。系統(tǒng)軟件設(shè)計的軟件平臺可使用VB、VC或Labview作為開發(fā)平臺，主要在于良好的人機界面、采集模塊與計算機通訊總線選擇，以及數(shù)據(jù)分析與處理功能。其次，調(diào)試程序時，在程序中插人斷點，分段運行，逐段排除錯誤。（3）程序設(shè)計語言的選擇選用何種語言與硬件選擇有關(guān)。然后，再把設(shè)計任務(wù)加以細致化和具體化，即把一個大的設(shè)計任務(wù)，細分成若干個相對獨立的小任務(wù)，這就是軟件工程學(xué)中的“自頂向下細分”的原則。系統(tǒng)軟件設(shè)計包括上位機的軟件編程和下位機的軟件編程，下位機實現(xiàn)的功能有：器件初始化、A/D轉(zhuǎn)換、事件觸發(fā)判斷、增益控制、產(chǎn)生時序信號和數(shù)據(jù)的傳輸、存儲、顯示等；上位機實現(xiàn)的功能有：串口監(jiān)視、數(shù)據(jù)收發(fā)與保存、圖形顯示、儀器參數(shù)設(shè)置等。另一種為用單通道、單片ADC，通過外部模擬開關(guān)，進行切換選擇，達到多通道測量的目的。這時候，我們可以利用多路模擬信號配合單個ADC，用合適的模擬開關(guān)，來完成預(yù)期的任務(wù)。這時，如果每通道利用一片ADC的話，整個系統(tǒng)就很難控制。此類系統(tǒng)多以時間為橫坐標，以記錄形式來保存多通道的測量結(jié)果。單ADC芯片實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方案：在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往需要對多通道模擬信號進行采集與處理。例如Linear公司的LTC24XX系列，TI公司的ADSl2XX系列，Analog Device公司的AD77XX系列、Entail公司的H171XX系列及Microchip公司的MCP35XX系列等。由于OSR通常很大(≥64)，因此數(shù)字濾波器可以對輸入噪聲源提供極好的抑制作用，并簡化抗混疊要求。在內(nèi)部調(diào)節(jié)器取樣率倍頻處，令人討厭的輸入擾動幾乎沒有衰減就折回到DC部分(即混疊)。但是由于其極高的精度，使得模擬量噪聲，對此類系統(tǒng)影響很大。低速率高精度ADC的方案實現(xiàn)：低速率高精度ADC最常用的即∑△型。　常用ADC的應(yīng)用實現(xiàn)ADC主要的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，廣泛應(yīng)用于多媒體、通訊、自動化、儀器儀表等領(lǐng)域。常用單位是Ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次(kilo/Million Samples per Second)。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。積分型ADC的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速ADC，逐次比較型ADC是微秒級屬中速ADC，全并行/串并行型ADC可達到納秒級。在手冊中，對這種附加誤差的總和，成為不可調(diào)誤差，實際上就是ADC轉(zhuǎn)換器調(diào)整到最精確的時候還存在的誤差。因為能夠滿足分辨率的模擬量的值取決于二進制數(shù)，所以通常采用位數(shù)表示分辨率，比如：4位、8位、12位等；2．量化誤差(Quantizing Error)　由于ADC的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率ACD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辨率ADC(理想ADC)的轉(zhuǎn)移特性曲線(直線)之間的最大偏差。在ADC器件的選擇過程中主要需要考慮以下特征參數(shù)：1．分辨率　它相應(yīng)于最低二進制 (LSB)的模擬量。這些高速ADC今后的發(fā)展方向是在現(xiàn)有高速基礎(chǔ)上盡可能提高其分辨率，以滿足兼顧高速、高精度的發(fā)展方向。在全并行基礎(chǔ)上發(fā)展起來的分級型和流水線型ADC，主要應(yīng)用于高速情況下的瞬態(tài)信號處理、快速波形存儲與記錄、高速數(shù)據(jù)采集、視頻信號量化及高速數(shù)字通訊技術(shù)等領(lǐng)域。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)這個功能，在各種不同的產(chǎn)品中都可以找到它的身影。即常常需要將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，簡稱為AD轉(zhuǎn)換，完成這種轉(zhuǎn)換的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter)，簡稱ADC。這些模擬量可以通過傳感器或換能器變成與之對應(yīng)的電壓、電流或頻率等電形式模擬量。但是數(shù)字系統(tǒng)只能對輸入的數(shù)字信號進行處理，其輸出信號也是數(shù)字信號。另外大多數(shù)高速ADC對被測源輸入阻抗有較高的要求，所以需要加一級緩沖電路。通過對信號有效的放大和衰減電路，來保證整個信號調(diào)理部分足夠的動態(tài)范圍。2．合理的增益控制電路的設(shè)計　前端信號調(diào)理電路的目的一般有兩個，一是對大信號的測量能力，通過對幅度較大信號的程控衰減，使其滿足ADC的輸入量程，來達到有效的對大信號進行測量的目的。二是較低的輸入阻抗，可以與被測信號源的內(nèi)部阻抗進行匹配，達到最大功率的輸出狀態(tài)，但是這種輸入阻抗會對較微弱的信號帶來破壞性?！⌒盘栒{(diào)理電路中的關(guān)鍵技術(shù)及其實現(xiàn)1．輸入阻抗(Impedance matching)的設(shè)計　阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。保證系統(tǒng)精度能符合要求，同時也要保證系統(tǒng)應(yīng)用人員的人身安全。2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理選擇　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理與否，對系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性有直接影響。傳感器前置放大低通陷波高通采集電路 典型調(diào)理電路的基本組成在選擇確定模塊總體設(shè)計方案時，應(yīng)遵循以下設(shè)計原則：1．確保性能指標的完全實現(xiàn)　系統(tǒng)設(shè)計的根本依據(jù)是所要達到的性能指標。對模擬信號的調(diào)理提出了更高的要求。采樣頻率的高低、對環(huán)境噪聲的抑制能力、自身對有用信號的干擾和采樣精度等都是模擬信號調(diào)理電路中必須要考慮的問題。一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為模擬信號調(diào)理部分和數(shù)字部分。把各種物理量轉(zhuǎn)換成電信號的器件稱為傳感器?！⌒盘栒{(diào)理電路　信號調(diào)理電路概述及其設(shè)計原則送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各種待轉(zhuǎn)換物理參數(shù)如溫度、壓力、位移、流量等都是模擬量。經(jīng)過量化的樣值就可以進行編碼，變換為數(shù)字信號了。樣值從幅值上看仍然是模擬量。隨機信號是非周期、不確定的功率信號，不能分析其頻譜和能量譜，只能分析其功率譜。如果信號能量無限大，比如確定性的周期信號、階躍信號以及隨機信號等，就不能從能量，應(yīng)該從功率方面去研究這類信號叫功率信號，它們必須滿足： （）能量信號可以分析其幅度譜、相位譜和能量譜。它們在常規(guī)意義上是最無規(guī)律的但是在統(tǒng)計意義上還是有服從一定規(guī)律的。另一類信號，比如白噪聲、語聲信號、圖象信號、信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號等屬于隨機信號。比如正旋信號、指數(shù)信號、衛(wèi)星軌跡信號、電容充放電的電壓信號等。確定信號是自變量的確定函數(shù)。對于工程實際中用的物理信號，可以從不同的角度進行分類。數(shù)字譜分析的對象是表征物理量現(xiàn)象的各種信號。對譜的研究，有些是為了研究信號本身，比如通信中研究信號譜以便讓信號更好地匹配通信信道的特性；也有些只是借助譜去研究其他的東西，比如通過譜去研究信源，通過輸入輸出譜的對照去研究系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，從而研究系統(tǒng)特征。便于特征分析、參數(shù)識別、數(shù)據(jù)壓縮、信號合成等。不同域的特征之間通常是有對應(yīng)關(guān)系的。信號是信息的載體，信號特征本質(zhì)上往往體現(xiàn)出信號源的特征。每一個S/H和A/D只對本路模擬信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換即數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)按一定順序或隨機地輸人計算機，根據(jù)采集系統(tǒng)中計算機控制結(jié)構(gòu)的差異可以分為單機采集系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)式采集系統(tǒng)。按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一個還是每路各用一個，多路模擬輸人通道可分為集中采集式（簡稱集中式）和分散采集式（簡稱分布式）兩大類型。傳感器模擬信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微機系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成實際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往需要同時測量多種物理量（多參數(shù)測量）或同一種物理量的多個測量點（多點巡回測量）?！?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要內(nèi)容通常包含硬件（連同處理器在內(nèi)的全部電路），軟件（包括監(jiān)控管理程序及各功能模塊應(yīng)用程序）及結(jié)構(gòu)工藝等部分組成。另外，邏輯分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等也屬于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)范。在高速電路中的毛刺捕獲、火箭噴氣流量的動態(tài)測試以及遙感遙測等場合均需要高速或超高速的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。相應(yīng)的系統(tǒng)稱之為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。第2章分別介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件（結(jié)構(gòu)）功能及實現(xiàn)方法，以此為基礎(chǔ)在第3章開始論述了本采集系統(tǒng)的具體硬件實現(xiàn)及功能說明，第4章在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)及編程流程，第5章簡要介紹了系統(tǒng)與上位機之間通信仿真的方法及系統(tǒng)的抗干擾。參閱大量文獻和資料，在前人研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)本課題的特點提出采用以單片機AT89C5l為核心的一個小型系統(tǒng)對加速度傳感器的信號作數(shù)據(jù)采集，然后通過USB通用串口總線通訊將數(shù)據(jù)送給車載計算機，對數(shù)據(jù)采集進行顯示和監(jiān)控等處理，從而實現(xiàn)了一種基于單片機的動態(tài)加速度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。4）低功耗性　適合與電池供電和空間受限的工作環(huán)境以及便攜式場合。2）實時通信　保證數(shù)據(jù)處理單元能較快的得到要處理的數(shù)據(jù)，提高了主機的運行效率，如：采集現(xiàn)場與處理單元距離短可用RS232總線，距離長可用RS485總線。所以，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展過程中，為滿足特定的要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展方向主要有：1）系統(tǒng)抗干擾性　保證獲得的數(shù)據(jù)較精確。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對有用信號進行數(shù)據(jù)的采集，分析，計算，提取等有較好的運用。如今，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域正在發(fā)生著重要的變化，其一，分布式控制應(yīng)用場合中的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正在發(fā)展，其二，總線兼容型數(shù)據(jù)采集插件的數(shù)量正在增大，與個人計算機兼容的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)量也在增加。以NI公司的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品為例，NI公司最新的高性能M和S系列產(chǎn)品使用的是一個或多個16位或更高分辨率的ADC，采樣速率大于1MSPS，PXI5105則使用了8個12位分辨率、60MSPS采樣率同時進行采樣的ADC。這些數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中模擬信號的處理能力提出了挑戰(zhàn)。另外，USB和以太網(wǎng)接口等接口技術(shù)正在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到越來越廣泛的使用。表現(xiàn)為信號采集受傳感器性能限制，分析頻率范圍??；數(shù)據(jù)采集器的內(nèi)存不大，數(shù)據(jù)采集器本身的數(shù)據(jù)處理功能不強，在現(xiàn)場只能做一些簡單診斷，精密診斷需要