硅微谐振式加速度计数据采集电路设计与实现

资源摘要信息:"该项目的核心是对硅微谐振式加速度计的数据采集电路进行研究，其中硅微谐振式加速度计的敏感结构输出为两路差分频率信号。针对这一信号，数据采集电路的主要任务是测量这两路频率信号的差值。项目的测量要求是能够在10ms内完成对中心谐振频率为20kHz、标度因数为100Hz/g、量程为±50g、分辨率为1mg的加速度计输出的频率信号的测量，并且等效测量误差需控制在±1mg以内。电路的控制核心为单片机，具备串行接口功能，用以将测量结果传送给PC机进行后续的数据分析和保存。 为了实现这一目标，项目团队设计了相应的软硬件。软件部分采用了多周期同步法，以期实现高精度与快速度的频率测量方案。这种方法的难点在于CPLD（复杂可编程逻辑器件）的编程实现，这也是项目的关键技术之一。硬件部分则采用了3.3V供电系统，并选择了EPM240T100C5N型号的CPLD和适用于3.3V供电系统的AVR系列单片机Atmega64L。为了实现单片机与PC机之间的串行通信，选用了MAX3232作为串行接口芯片。 在硬件设计完成后，团队完成了PCB板的制作，并通过反复调试达到了预期的效果。测试数据显示，采集的数据完全满足项目要求。更进一步，当提高有源晶振的频率时，测量精度得到了显著提升，远远超过了项目对高精度和快速度测量的需求。为了实现数据的接收和处理，项目团队还使用MFC编程开发了上位机软件，该软件集成了数据采集、运算、作图和数据保存等多功能于一体。 项目涉及到的技术点包括加速度计的工作原理、数据采集与处理、频率测量技术、CPLD编程、硬件设计与PCB制作、串行通信接口技术以及上位机软件开发等。" 知识点: 1. 硅微谐振式加速度计原理：硅微谐振式加速度计是一种利用谐振频率随加速度变化的特性进行加速度测量的传感器。其输出的两路差分频率信号需要通过特定的电路进行采集和处理。 2. 数据采集与处理：数据采集包括对传感器输出信号的采样和转换，处理则涉及到信号的滤波、放大、模数转换以及最终的频率差值计算。 3. 频率测量技术：本项目采用多周期同步法进行频率测量，该方法通过测量多个周期内的频率差来提高测量的精度。 4. CPLD编程：复杂可编程逻辑器件（CPLD）是数字电路设计中的一种可编程逻辑设备，它可以通过编程实现复杂的逻辑功能。在本项目中，CPLD用于实现多周期同步法的频率测量方案。 5. 硬件设计与PCB制作：硬件设计包括选择合适的电子元件和电路布局。PCB制作则是将设计的电路布局转成实际的印刷电路板。 6. 串行通信接口技术：为了将测量数据传送给PC机，电路需要具备串行通信接口功能。MAX3232是常用的RS-232串行接口芯片，它可以在3.3V系统中与PC机的串行端口通信。 7. 上位机软件开发：使用MFC（Microsoft Foundation Classes）进行上位机软件开发，可以创建具有图形用户界面的软件程序，实现数据接收、处理、作图和保存等功能。 8. VHDL语言：VHDL是一种硬件描述语言（HDL），用于描述和设计电子系统，特别是数字逻辑电路。在本项目中，CPLD编程很可能使用了VHDL语言来实现所需的数字逻辑功能。 9. 数据结构：在软件编程中，数据结构是指数据的组织、管理、存储的方式，它影响数据处理的效率和复杂度。在处理从加速度计采集来的数据时，需要有效地设计数据结构以支持快速准确的数据处理。 10. 频率控制与频率计：频率控制是指通过某种手段对电路或者系统的频率进行调节和稳定。频率计则是测量频率值的工具。本项目中的频率控制与频率计均是为准确测量加速度计输出频率服务的。