数据采集电路pcb的设计与制作—毕业设计

数据采集电路pcb的设计与制作—毕业设计内容摘要：

计中， 不断输出脉冲信号，如果因某种原因单片机进入死循环，则。 于是 MAX813L的第 (8)脚输出低电平，该低电平加到第 (1)脚，使 MAX813L 产生复位输出，使单片机有效复位，摆脱死循环的困境。 另外，当电源电压低于限值 时， MAX813L也产生复位输出，使单片机处于复位状态，不执行任何指令，直至电源电压恢复正常，可有效防止因电源电压较低进单片机产生错误的动作。 电源故障输入 PFI 通过一个电阻分压器监测未稳压的直流电源。 当 PFI 低于 时，电源故障输出脚第 5 脚 PFO 变低，可引起 AT89C51 中断进行电源故障处理，或将重要数据保存下来。 把分压接到未稳压的 直流电源是为了更早地对电源故障告警。 结束语 :MAX813L 是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便。 它所提供的复位信号为高电平，因而是应用于复位信号为高电平场合的单片机系统的理想芯片。 MC1403 芯片 MC1403 是美国摩托罗拉公司生产的高准确度、低温漂、采用激光修正的带隙基准电压源。 MC1403 是低压基准芯片。 一般用作 8～ 12bit 的 D/A 芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。 输出电压 : V ＋ / 25 mV 输入电压范 围 : V to 40 V 输出电流 : 10 mA .Vin. |1..........8|.NC .Vout |2..........7|.NC .GND. |3..........6|.NC .NC. |4..........5|.NC 图 43 MC1403 芯片引脚图 因为输出是固定的，所以电路很简单。 就是 Vin 接电源输入， GND 接底， Vout加一个 ~1uf 的电容就可以了。 Vout 一般用作 8～ 12bit 的 D/A 芯片的基准电压。 HCNR201 芯片 图 44 HCNR201 芯片结构图 其中 2 引作为隔离信号的输入， 4 引脚用于反馈， 6 引脚用于输出。 2 引脚之间的电流记作 IF， 4 引脚之间和 6 引脚之间的电流分别记作IPD1 和 IPD2。 输入信号经过电压 电流转化，电压的变化体现在电流 IF 上， IPD1和 IPD2 基本与 IF 成线性关系，线性系数分别记为 K1 和 K2,即 图 45 线形系数计算公式 K1 与 K2 一般很小（ HCNR200 是 %），并且随温度变化较大（ HCNR200 的变化范围在 %到 %之间），但芯片的设计使得 K1 和 K2 相等。 在后面可以看到，在合理的外围电路设计中，真正影响输出 /输入比值的是二者的比值 K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。 采用 HCNR201 进行隔离的一些指标如下所示： * 线性度： HCNR201： %； * 线性系数 K3： HCNR201： 5%； * 温度系数 ： 65ppm/oC； * 隔离电压： 1414V； * 信号带宽：直流到大于 1MHz。 MAX1659 芯片 MAX1659：低压差线形稳压器（ lowdropout linear regulators） Lowdropout：指稳压器输入端和输出端之间的电压差 图 46 MAX1659 芯片内部原理图 双模式工作： 稳压器：输出 （ 1658）； 5V（ 1659） 调压器：输出 — 16V 输入电压范围： — （ Wide Input Voltage Range: to ） Low, 490mV Dropout at 350mA Output Current(MAX1659) 30181。 A Supply Current 1181。 A Max Shutdown Current HighPower () 8Pin SO Package 热过载保护（ Thermal Overload Protection） 限流保护（ CurrentLimit Protection） 反向电压保护（ Reverse Battery Protection） 引脚： 图 47 MAX1659 引脚图 1， SET：外电压输入。 SET 接地选择出厂预先设置的 5V 输出电压；调压时SET 连接到一个阻抗式电压分配器 OUT 到 GND。 2， SHDN：关闭输入。 低电平时，装置关闭并且供应 微安的典型电流。 3， 6， 7， IN：输入无规定的电压。 到 输入范围。 可做散热（ heatsinks）。 4， 5， OUT：稳压输出。 输出固定 （ 1658）、 5V（ 1659），或调压从 到 16V。 源电流达 350 微安。 为稳定工作，在 OUT 和 GND 之间加旁路用一个 10微法，低阻（ 欧姆）电容。 为了改良的负荷 瞬时响应，用大的低阻电容。 8， GND：接地。 典型应用（稳压、调压）： 图 48 MAX1659 应用结构图解 AT89C51 芯片 AT89C51 是一款 8 位 单片机，他完全兼容传统的 8051， 8031 的指令系统，也就是说程序可以直接移植过去而不用做任何修改，但是他的运行速度要比8051 快 ， 最高支持达 33MHz 的晶体震荡器，比 8051 多一个定时器，而且价格便宜。 简介： 4k 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM， 32 个 I/O 口线，看门 狗 (WDT)，两 个数据指针，两个 16 位定时 /计数器 ,一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时 ,S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM， 定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容 ， 但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 图 49 AT89C51 芯片引脚图 AD7705 芯片 AD7705 是 AD 公司新推出的 16 位 Σ ΔA/D 转换器。 器件包括由缓冲器和增益可编程放大器 (PGA)组成的前端模拟调节电路， Σ Δ 调制器 ， 可编程数字滤波器等部件。 能直接将传感器测量到的多路微小信号进行 A/D 转换。 这种器件还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点，非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。 它采用三线串行接口 ,有两个全差分输入通道 ,能达到 %非线性的 16 位无误码数据输出，其增益和数据输出更新率均可编程设定，还可选择输入模拟缓冲器，以及自校准和系统校准方式。 工作电压 3V 或 5V。 3V 电压时，最大功耗为 1 mW， 等待模式下电源电流仅为 8μA。 AD7705 是完整的 16 位 A/D 转换器。 内部结构如图 1。 若外接晶体振荡器、精密基准源和少量去耦电容，即可连续进行 A/D 转换。 它采用了成本较低但能获得极高分辨率的 Σ Δ 转换技术，可以获得 16 位无误码数据输出。 这一点非常符合对分辨率要求较高但 对转换数字要求不高的应用，例如数字音频产品和智能仪器仪表产品等。 下面对该器件几个重要部分和特性作简要说明。 增益可编程放大器 AD7705 包括两个全差分模拟输入通道。 片内的增益可编程放大器 PGA 可选择 1 3 6 128 八种增益 之一，能将不同 摆幅范围的各类输入信号放大到接近 A/D 转换器的满标度电压再进行 A/D 转换，这样有利于提高转换质量。 当电源电压为 5 V，基准电压为 V 时，器件可直接接受从 0～ 20 mV 至 0～ V 摆幅范围的单极性信号和从 0～ 177。 20 mV 至 0～177。 V 范围的双极性信号。 必须指出：这里的负极性电压是相对 AIN(－ )引脚而言的，这两个引脚应偏置到恰当的正电位上。 在器件的任何引脚施加相对于GND 为负电压的信号是不允许的。 输入的模拟信号被 A/D 转换器连续采样，采样频率 fS 由主时钟频率 fCLK 和选定的增益决定。 增益（ 16～ 128）是通过多重采样并利用基准电容与输入电容的比值共同得到的。 图 410 AD7705 内部结构图 数字滤波和输出更新速率模拟信号由 Σ Δ 调制器变换为占空比被模拟电压调制 (调宽 )的数字脉冲串，然后在片内使用低通数字滤波器将其解释成 16 位二进制数码并滤去噪声，以完成 A/D 转换。 采用一个 (sinNx/sinx)3 函数低通数字滤波器，其振幅频率特性如下： 图 4－ 11 AD7705芯片频率计算公式 式中： N 为调制速率与输出更新速率之比。 需要指出器件产生的噪声源主要来自半导体噪声和量化噪声， PGA 放大量和滤波器第一凹口频率越低，则输出的半导体噪声和量化噪声越小， A/D 转换器的实际分辨率越高。 校准和自校准为提高 A/D 转换质量， AD7705 提供自校准和系统校准两种功能选择。 每当环境温度和工作电压发生变化，或者器件的工作状态改变如输入通道切换、增益或数字滤波器 第一凹口频率变动、信号输入范围变化等任一项发生时，必须进行一次校准。 对于自校准方式，校准过程在器件内部一次完成。 AD7705内部设置 AIN(+)端和 AIN(－ )端为相同的偏置电压，以校准零标度；满标度校准是在一内部产生的 VREF 电压和选定的增益条件下进行的。 系统校准则是对整个系统增益误差和偏移误差，包括器件内部误差进行校准。 在选定的增益下，先后在外部给 AIN(+)端施加零标度电压和满标度电压，先校准零标度点，然后校准满标度点。 根据零标度和满标度的校准数据，片内的微控制器计算出转换器的输入输出转换函数的偏移和 增益斜率，对误差进行补偿。 数字接口 AD7705 的串行数据接口包括 5 个接口，其中片选输入 CS、串行时钟输入 SCLK、数据输入 DIN、转换数据输出口 DOUT 用于传输数据，状态信号输出口用于指示什么时候输出数据寄存器的数据准备就绪。 当为低电平时，转换数据可用；当为高电平时，输出寄存器正在更新数据，不能读取数据。 器件的A/D 转换过程是按设定的数据输出更新速率连续进行的。 任何操作都需要对相应片内寄存器送入新的编程指令。 片内寄存器 AD7705 包括 8 个寄存器，均通过器件串行口访问。 第一个是通信寄存器 ， 它的内容 决定下一次操作是对哪一个寄存器进行读操作还是写操作，并控制对哪一个输入通道进行采样。 所有与器件的通信都必须先写通信寄存器。 上电或复位后，器件默认状态为等待指令数据写入通信寄存器。 它的寄存器选择位 RS2～ RS0 确定下次操作访问哪一个寄存器，而输入通道选择位 CH1， CH0 则决定对哪一个输入通道进行 A/D 转换或访问校准数据。 第 2 个是设置寄存器，它是一个可读 /写 8 位寄存器，用于设置工作模式、校准方式、增益等等。 第 3 个是时钟寄存器，它也是一个可读 /写的 8 位寄存器，用于设置有关 AD7705 运行频率参数和 A/D 转换输出更 新速率。 第 4 个是数据寄存器，它是一个 16 位只读寄存器，它存放 AD7705 最新的转换结果。 值得注意的是，数据手册上虽然说明它是一个 16 位的寄存器，但实际上它是由两个 8 位的存贮单元组成的，输出时 MSB在前，如果接收微控制器需要 LSB 在前，例如 8051 系列，读取的时候应该分两次读，每次读出 8 位分别倒序，而不是整个 16 位倒序。 其他的寄存器分别是测试寄存器、零标度校准寄存器、满标度校准寄存器等，用于测试和存放校准数据，可用来分析噪声和转换误差。 新特性防雷设计介绍 工作原理 ： 水压传感器把采集的模拟信号通过 AD 转换后，经过 C51 芯片处理后，把数据存贮起来，当计算机需要数据时，发出指令，得到所需的信号。 图 4－ 12 系统工作流程图 我们工作的外部环境比较复杂，可能会受到雷电，电磁干扰，和其它的物理的或化学方面的破坏和侵蚀。 而自身工作电路状态不稳定，比如说电压波动等，都可能造成通信的失败，轻者会使采集的数据不准确，重者可能造成电路器件的损坏，或者失火事 件的发生，这给设计工作和维护造成很大不便，所以对电路进行优化，是 我们必须解决的问题。 对于雷击，雷电感应，或者电压波动产生的瞬间高压， 会对器件和信号产 生损坏，所以要对电路进行保护。 我们所做的对硬件保护，主要包括：设计一个三级保护电路，让瞬间高压被限制在允许的范围内；在传感器回路线上接一个继电器，在不工作的时候可将电路断开，大大减少了雷电感应对电路器件损坏的机率；在传感器回路加一个线性光耦器件，这样避免感应，电热等对下一级电路的影响。 下面对以下电路进行详细说明 (一 )继电器 继电器是一种自动和远程距离操纵用的电器，广泛地应用于自动控制系统，遥控，遥测系统，电力保护系统以及通信系统中，起着控制，检测，保护和调节的作用，是现代电气装置中最基本的器件之一。 功能：继电器是当输入激励量达到规定要求，在电气输出电路中，被控参量发生预定的阶。