压力传感器的高精度数据采集

（2）A/D转换电路及其原理

电路原理图如图5所示。

7135与8155的连接是通过4位2选1数据多路开关74LS157来实现的。其选通信号由7135的D5输出控制。当A/D转换结束时，D5输出高电平，74LS157选通B类通道，单片机通过PA0~PA3读入万位数B1、状态位POL（极性）、OVR（过量程）和UR（欠量程）；当D5输出完成时，变为低电平（这一过程包括D4~D1数据输出周期在内），74LS157选通A类通道，单片机通过PA0~PA3将依次读入8421码值B8，B4，B2及B1，即低位BCD码，依次形成万、千、百、十、个各位BCD码（即转换结果）。8155A口中断请求线PC0反相后形成单片机的外中断0触发信号。当7135完成1次转换后，产生5个数据选通脉冲，分别将各位BCD码和位标志送入A口；A口收到一个数据后，中断线PC0变为高电平，启动单片机的中断服务程序，读取A/D转换的数据结果。7135的转换启动由P14控制，高电平转换开始，低电平保持。

经调理后的0V~2V的模拟信号通过RC低通滤波后，从IN+，IN-输入。A/D转换后的结果包括2部分：极性和量程，反映转换性质的结果。转换后的数字信号为D1，D2，D3，D41及D5，其中D5（万位）只能是1或0，其他几位为0~9的BCD码。而7135所需的参考电压为量程的确良1/2，如果量程为2V，则参考电压为1V。为了保证转换的温度稳定性和精度，采用高精度基准电源MC1403，通过金属膜多圈进口电位器调节得到。参考电压上并联的CBB电容C46(0.1mF) ，C47（1mF）主要是保证参考电压的稳定性。

积分电容是决定转换精度的关键器件。按照7135应用特性，积分电容C8和积分电阻R3与量程等有关，选用时必须满足以下要求：

R3=满度电压/20mA （3）
C8=1000×20mA×T/积分器输出摆幅 （4）

式中，T=1/fcl k。

fclk—7135的时钟频率，一般可选择250kHz，166kHz、125kHz、及100kHz、典型值为125kHz，此时7135的转换速率为3次/s。

在±5V系统中，如模拟地为0V，则摆幅为±4V，此时量程为 ?C2V~ +2V，则：R3=100kW，C8=0.47mF。

（3）PLD技术的应用

为节省了硬件电路的开销，减少硬件电路产生的电磁干扰，系统的部分电路应用了PLD技术，其可编程逻辑电路（见图5）由可编程逻辑陈列芯片GAL16V8组成，主要完成A/D转换模块所需的时钟信号和转换结束选通信号 产生单片机外中断0中断信号的逻辑转换，其逻辑方程如下：
P16= + （与非门） （5）
P14=P7+P8　 （或门） （6）
P13= （非门） （7）
式中，P2 、P3、 P7分别为单片机的 、 、ALE信号；
P8—与非门输出； P9—8155的A口中断信号；P13—生成的单片机外中断触发信号。

按照上述逻辑关系生成的PLD文件经FM软件编译后，产生熔丝文件*.LED，然后通过编程器写入GAL16V8即可。

三、系统软件设计

系统软件设计采用模块化结构，采用汇编语言编程，整个程序由主程序、显示、键盘扫描、A/D转换处理等子程序模块组成。限于篇幅在此只列出了A/D转换处理子程序流程图，如图6所示。

四、非线性误差的修正

传感器、放大器、A/D转换器总是存在非线性误差，由于上述非线性关系的存在，带来了精度的降低，为了保证在整个范围内满足精度的要求，所以在实际应用中应根据控制要求对测量值进行误差修正，修正一般通过软件较准实现。其具体的修正方法应根据信号的工作区段和质量要求来确定。利用单片机的运算和控制能力对非线性关系找出修正算法，并在反复测试调整后使其达到设计要求。本系统采用分段线性插值法对测量值的曲线进行了误差修正处理。方法为：将0～XMAX分为若干工作区段，每段曲线用一段对应的折线来代替，对每段折线可求出VQ：

N t : VQ = ai×N t+bi （8）

式中，I—某段折线的序号；ai—该段折线的斜率；bi—该段折线的截距。

它们的修正程序流程图如图7所示，处理关系示意曲线如图8所示。

预先将每段的之值存于单片机中，在不同的工作区段，单片机自动地将对应的每段的上述值调出进行运算处理。（限于篇幅，定量的分析没有讨论）

五、结束语

本文描述的是一种通用的高精度压力数据采集系统，它有许多优点，可在各种恶劣的环境中正常地工作，而且抗干扰能力强、使用寿命长、分辨率高。采用液晶显示及PS/2键盘接口，实现了良好的人机交换。可广泛地应用于石油、化工、冶金、电力、纺织、轻工、水利等工业及科研领域的压力数据采集、检测与分析。