信息与通信]基于单片机数据采集系统设计

信息与通信]基于单片机数据采集系统设计内容摘要：

情况下，可以在引脚 5上接一 1kΩ 电位器来实现。 在引脚 5和地之间接一475Ω 电阻是实现零点调整的最 好近似。 满量程调整：这是当输人电压是满量程 1/2LSB ( 量程时比满量程低 60mV ，输出从0000000l 变为 00000000。 没有调整时， ADC 0809的这个电压在士 1/2LSB范围内，在大多数情况下，在引脚 15上加上 1kΩ 的电位器可实现这个调整。 DS12887的功能特点 DS12887 是美国达拉斯半导体公司最新推出的时钟芯片 ，采用 CMOS 技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部，同时它与目前 IBM AT计算机常用的时钟芯片 MC146818B和 DS1287管脚兼容，可直接替换。 DS12887芯片具有微 功 耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。 其主要功能如下： (1)内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。 (2)计秒、分、时、天、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。 (3)二进制数码或 BCD码表示时间、日历和定闹。 (4)12小时或 24小时制， 12小时时钟模式带有 PWM和 AM 指导，有夏令时功能。 12 (5)MOTOROLA5和 INATAEL总线时序 选择。 管脚 功能： GND， VCC：直流电源 +5V 电压。 当 5V 电压在正常范围内时，数据可读写；当 VCC 低于 ，读写被禁止，计时功能仍继续；当 VCC下降到 3V以下时， RAM和计时器被切换到内部锂电池。 MOT(模式选择 )： MOT管脚接到 VCC时，选择 MOTOROLA时序，当接到 GFND时，选择 INTEL时序。 SQW(方波信号同 )： SQW 管脚能从实时时钟内部 15 级分频器的 13 个抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器 A编程改变。 AD0～ AD7(双向地址 /数 据复用线 )：总线接口，可与 MOTOROLA微机系列和 INTEL微机系列接口。 AS(地址选通输入 )：用于实现信号分离，在 AD/ALE的下降沿把地址锁入 DS12887。 DS(数据选通或读输入 )： DS/RD 管 脚有两种操作模式，取决于 MOT 管脚的电平，当使用MOTOROLA时序时， DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；在读周期， DS指示 DS12887驱动双向总的时刻，在写周期， DS的后沿使 DS12887锁存写数据。 选择 INTEL时序时， DS称作 (RD)，RD与典型存贮器的允许信号 (OE)的定义相同。 R/W(读 /写输入 )： R/W管脚也有两种操作模式。 选 MOTOROLA时序时， R/W是一电平信号，指示当前周期是读或写周期， DSO为高电平时， R/W高电平指示读周期， R/W低电平指示写周期；选 INTEL时序， R/W 信号是一低电平信号，称为 WR。 在此模式下， R/W 管脚与通用 RAM 的写允许信号 (WE)的含义相同。 CS(片选输入 )：在访问 DS12887的总线周期内，片选信号必须保持为低。 IRQ(中断申请输入 )：低电平有效，可作微处理的中断输入。 没有中断条件满足时， IRQ 处于高阻态。 IRQ线是漏极开路输入，要求外接上接电阻。 RESET(复位输出 )：当该脚保持低电平时间大于 200ms，保证 DS12887有效复位。 LF398芯片介绍 LF398是单片采样 /保持器，它使用 BIFET技术以获得快速捕捉信号的超高直流精度和低下降率。 作为一个单独的增益跟随器工作，其直流增益精度典型值为 %，采集时间低至 6μ S在 ％精度时，一个双极性输入级用于实现低偏差电压和宽范围带宽。 用一个引脚来达到调整输人偏差，并且不降低输入偏差漂移。 宽范围带宽使 LF198可放于 1MHZ运算放大器反馈回路内，而不引起稳定性间题。 输人阻抗允许使用高源阻抗，而且不会使精度降低，使用 1μ F的保持电容， P通道结型场效应管与在输出放大器的两极性器件一起，实现低至 5mV／分钟的下降率。 JFET 比以前设计中所用 13 的 MOS 器件具有更低的噪声，而且没有高温时的不稳定性。 总体设计确保在保持模式下，从输人到输出没有藕合，即使对输人信号等于电源电压的情况也是如此： 工作在177。 5V~177。 18V 电源下 低于 10us采集时间，与 TTL , PMOS , CMOS逻辑输人兼容 在 Ck=， 低输人偏差 ％的增益精度 在保持模式下的低输出噪声 LF398 的逻辑输入是完全差分的，具有低输入电流，允许与 TTL、 PMOS 和 LMOS 直接连接差分阀值为。 LM198的工作电源为177。 5V~177。 18V。 功能模块电路设计 以 8051 为 CPU 设计一个单片机应用系统，在其外部扩展 64KB SRAM，本系统数据采集模块以ADC0809为核心， LF398采样保持来实现一秒中采集 8次数据，输出数字量直接与总线的数据线连接，从而挂在总线上的存储器，打印 机， LED很方便的进行数据读取。 数据采集模块电路设计 如果在数据采集器中，直接使用模数转换器对模拟信号进行转换，则应该考虑到任何一种模数转换器都需要有一小段时间来完成量化及编码操作。 模数转换器的转换时间决定于转换的位数、转换方法、采用的器件等因素。 如在转换时间 TCONV 内，输入模拟信号仍在变化。 此时进行量化显然会产生一定的误差。 现在考虑对正弦波信号 ftVV FS 2sin 采样，在转换时间 TCONV内，信号电压的最大改变发生在正弦信号过零时，所以 fvFSdtdV t 20  而在转换时间 TCONV内最大可能的 0 tC O N V dtdVTV 由此可以得出：CONVFS fTVV 2 其中 f为输入的正弦信号频率。 所以数字化的最大正弦信号频率可用下式计算。 )(2 11m a x HzTf C O N VM  其中 M为模数转换器 ADC的分辨率。 在本系统中 M=8， TCONV =100us带入公式就可得 )(1002 118m a x Hzf  )(139Hz  14 如果我 们在数据采集器的模数转换器 ADC前再加一个采样保持放大器 SHA（它的任务是把要转换的信号快速采样后保持一段时间，以备转换用），这相当于在 ADC 转换时间内开可一个窄“窗孔”，将此窗孔开启瞬间内的模拟信号以量化形式记录下来，此窗孔称为“孔径时间” Ta， Ta一般远小于转换时间 TCONV。 显然，如在孔径时间 Ta 内，输入模拟信号仍在孔径时间 Ta 内，输入模拟信号仍在变化时进行量化，会引入一定的误差，称其为“孔径误差”，仍考虑对输入的正弦信号采样，那么对 M位 ADC，并采用 SHA的数据采集器。 则数字化的最大正弦信号频率为： )(2 11m ax HzTf aM  如欲以 8位分辨率去量化 1kHz的正弦波，可计算出所需孔径时间为 160ns，根据给定的在正弦信号频率与 ADC的分辨率确定要求的孔径时间。 这样，数据采集时在模数转换器 ADC前采用采样保持放大器 SHA，就解决了 ADC转换时间较长与分辨率要求较短的孔径时间的矛盾，其实质是把模拟信号的离散化与量化分两步进行。 SHA 先完成模拟信号的离散化。 ADC接着进行离散信号的量化。 最终获得所需要的数字信号。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 1 M a y 20 0 6 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ u s e r \桌面 \ M y D e s i g n .d dbD r a w n B y:I N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b 2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10U 0 0A D C 08 0 9O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U2L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U3L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U4L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U5L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U1L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U0L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U6L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U7L F 3 9 8 A N ( 8 )通道 0通道 1通道 2通道 3通道 4通道 5通道 6通道 7P 1. 0C2C A PC3C A PC1C A PC0C A PC4C A PC5C A PC6C A PC7C A POC1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19U 0 17 4L S 3 73P 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7A L E / PP 1. 10V5 .1 2 VI N 0I N 1I N 2I N 3I N 4I N 5I N 6I N 7I N 0I N 1I N 2I N 3I N 4I N 5I N 6I N 7O U T 0O U T 1O U T 2O U T 3O U T 4O U T 5O U T 6O U T 7O U T 0O U T 1O U T 2O U T 3O U T 4O U T 5O U T 6O U T 7P 1. 2 数据采集模块是将从调理电路送过来的信号进行量化，把模拟 量变成数字量的模块， A/D转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，如果输入信号变化较大，就会引起转换误差。 所以在 A/D转换前，加上保持器做信号保持。 保持起把 kTt 时刻的采样值保持到 A/D 转换结束。 T 为采样周期。 采样控制电平为“ 1”，保持控制电平为“ 0”， OFFFSET用于零位调整。 保持电容 HC 是外接的，其取值与采样频率和精度有关，常选用 510~1000pF。 减小 HC 可提高采样频率，但 会降低精度。 而且应该选用聚苯乙烯、聚四氟乙烯等高质量电容器作 HC。 在本系统中根据采样时间、电压下降率等 HC 取为 F，这样信号达到 %精度的获取时间为。