多路信號(hào)采集板卡硬件電路設(shè)計(jì)

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1、南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文多路信號(hào)采集板卡硬件電路設(shè)計(jì)1緒論1.1課題的背景現(xiàn)代工業(yè)控制、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及信號(hào)處理中數(shù)據(jù)是指現(xiàn)場(chǎng)采集來(lái)的電壓、電流、壓力、流量、液位、溫度和角度等信號(hào)，此外還包括一些開(kāi)關(guān)量信號(hào)。在微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用于智能化儀器儀表、信號(hào)處理和工業(yè)自動(dòng)化等過(guò)程中，都存在著模擬量的測(cè)量與控制問(wèn)題，即將溫度、壓力、流量、位移及角度等模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再收集到微型機(jī)上進(jìn)一步予以顯示、處理、記錄和傳輸，這個(gè)過(guò)程即稱“數(shù)據(jù)采集”，相應(yīng)的系統(tǒng)即為微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路，多路切換電路，采樣保持電路，A/D，單片機(jī)組成。隨

2、著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。它在現(xiàn)代信息領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，是信息產(chǎn)品不可或缺的重要組成部分。因此選擇基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)是很有意義也是很有必要的。在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來(lái)一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問(wèn)題要解決。在日常的工程設(shè)備檢測(cè)過(guò)程中，如果采用傳統(tǒng)的面板表顯示，不僅占用設(shè)備多、實(shí)時(shí)性差，而且測(cè)量過(guò)程也

3、十分繁瑣，效率十分低下。而近年來(lái)，隨著控制技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，不僅促進(jìn)了工程檢測(cè)技術(shù)和儀器本身的變革，而且使它們?cè)黾恿撕芏嘈碌纳L(zhǎng)點(diǎn)。檢測(cè)系統(tǒng)與通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合，儀器和測(cè)試系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)的新變化，都正在改變著測(cè)試和儀器的面貌。就新出現(xiàn)的虛擬儀器系統(tǒng)而言，它將計(jì)算機(jī)資源(處理器、存儲(chǔ)器、顯示器等)和儀器硬件—插件卡(信號(hào)調(diào)理、定時(shí)、A/D、變換器、高速緩存、數(shù)字輸入輸出電路等)以及用于數(shù)據(jù)采集、通訊、系統(tǒng)仿真、數(shù)據(jù)分析以及圖形用戶界面的應(yīng)用軟件有效結(jié)合起來(lái)，用戶不必了解電子線路及系統(tǒng)軟件的細(xì)節(jié)，只要應(yīng)用虛

4、擬儀器系統(tǒng)提供的“用戶軟件接口”和“用戶硬件接口”，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的二次開(kāi)發(fā)，就可在較短的周期內(nèi)開(kāi)發(fā)出適用不同測(cè)控對(duì)象需要的儀器。無(wú)疑這種新型測(cè)試儀不僅智能化程度高，且易于更新升級(jí)，靈活性強(qiáng)，但是對(duì)測(cè)試技術(shù)和測(cè)試設(shè)備要求的提高，無(wú)疑使測(cè)試成本也大幅增長(zhǎng)。顯然，對(duì)于一般設(shè)備檢測(cè)來(lái)講，大可不必付出這樣的耗費(fèi)?？紤]單片機(jī)的特性，由于它可以提供A/D輸入通道，因此非常適用于模擬量42南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文(溫度、壓力、流量)輸入采樣系統(tǒng)，而其超微型化的特點(diǎn)，無(wú)可比擬的價(jià)格性能比，無(wú)疑為儀器儀表的智能化提供了可能?；诖饲闆r，本課題擬在設(shè)計(jì)一種多路信號(hào)采

5、集設(shè)備，這點(diǎn)與時(shí)下國(guó)際流行的“測(cè)試集成”思想不謀而合，因此它不僅是單片機(jī)在智能儀器儀表領(lǐng)域應(yīng)用的又一實(shí)現(xiàn)，且因其功能完善與總體價(jià)格的優(yōu)越性又使它具有實(shí)用價(jià)值。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，我們會(huì)安裝很多的各種類型的傳感器，如壓力的溫度的流量的聲音的電參數(shù)的等等，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制傳感器信號(hào)如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號(hào)不能遠(yuǎn)傳或者因?yàn)閭鞲衅魈嗖季€復(fù)雜，我們就會(huì)選用分布式或者遠(yuǎn)程的采集卡（模塊）在現(xiàn)場(chǎng)把信號(hào)較高精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過(guò)各種遠(yuǎn)傳通信技術(shù)（如485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)）把數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)或者其他控制器中進(jìn)行處理。這種也算作數(shù)據(jù)采集卡的

6、一種，只是它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以應(yīng)對(duì)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。如果是在比較好的現(xiàn)場(chǎng)或者實(shí)驗(yàn)室，如學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室，就可以使用USB/PCI這種采集卡。和常見(jiàn)的內(nèi)置采集卡不同，外置數(shù)據(jù)采集卡一般采用USB接口和1394接口，因此，外置數(shù)據(jù)采集卡主要指USB采集卡和1394采集卡，T510-數(shù)據(jù)采集卡。1.2數(shù)據(jù)采集卡的發(fā)展及研究現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集(DAQ)，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào),送到上位機(jī)中進(jìn)行分析,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)

7、。數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ)功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過(guò)USB、PXI、PCI、PCIExpress、火線(1394)、PCMCIA、ISA、CompactFlash、485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。早在五十年代末期，就出現(xiàn)了一種集中式的半自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其主要的功能是對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理和間接測(cè)量的計(jì)算等等。到了六十年代末和七十年代初，隨著檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步結(jié)合，出現(xiàn)了所謂第一代計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，即采用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)自動(dòng)分析系統(tǒng)和綜合自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的檢測(cè)過(guò)程主要通過(guò)模擬/數(shù)字

8、(A/D)轉(zhuǎn)換器，把檢測(cè)儀表與計(jì)算機(jī)連接在一起，組成以小型機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其特點(diǎn)是檢測(cè)過(guò)程可以對(duì)數(shù)42南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文據(jù)進(jìn)行處理并將結(jié)果貯存、顯示、