電路設計數據采集論文范文

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1硬件電路設計

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

1.2控制電路與模數轉換電路設計選用C8051F410單片機對整個系統進行控制，C8051F410具有與8051兼容的高速CIP-51內核，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公司生產的24位無失碼高性能模數轉換器，具有最高144kSPS數據采樣速率，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，非常適合應用于條件苛刻的工業控制領域。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轉換器的驅動器，THS4521極低功耗軌至軌輸出全差動放大器，帶寬高達145MHz，數據轉換速率高達490V/μs，直流開環增益為119dB，寬范圍供電電壓：+2.5V~+5.5V，單通道電流僅為1.14mA。C8051F410與ADS1274通過標準SPI接口進行通信，設計采用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。單片機的MOSI引腳與ADS1274的DIN引腳相連，向ADS1274發送數據，實現配置寄存器，設置工作模式等功能。C8051F410的MISO引腳與ADS1274的DOUT相連，接收AD轉換的數據。ADS1274的RDY引腳與單片機的P0.3引腳相連，當ADS1274完成模數轉換以后，RDY引腳有高電平變為低電平，通知單片機模數轉換完成，準備讀取數據。

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

2軟件設計

數據采集裝置上電后首先對C8051F410進行初始化設置，通過配置寄存器，設置SPI通信模式、內部振蕩器的工作頻率以及看門狗的監測時間。然后對ADS1274進行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進行數據采集，模擬電壓輸入范圍為0~5V，數據寄存器配置為24位。向ADS1274發送開始轉換命令，單片機開始計時，計時時間未結束，傳輸采集的數據；計時時間到，繼續開始AD轉換。采集后的角速率數據經過單片機簡單處理后，由RS232串口輸出。

3實驗分析與結論

測試實驗通過三軸轉臺進行，講采集到的數據通過MATLAB進行分析，并進行姿態角的解算。姿態測試系統于2014年9月在太原進行實驗，利用matlab對實驗數據進行處理后，得到的角速度曲線。實驗結果表明該角速度采集系統設計方案可行，采集轉換速度快、采集轉化精度高，操作簡單智能，可應用于導航、野外定向、氣象探測、傾斜監測等多個領域。

作者：李軍生陳曄單位：中北大學