多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案

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1、`數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、系統(tǒng)方案選擇和論證1.1題目要求1.1.1基本要求1.1.2發(fā)揮部分1.2系統(tǒng)基本方案1.2.1各模塊電路的方案選擇及論證1.2.2系統(tǒng)各模塊的最終方案2、系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)2.1系統(tǒng)硬件模塊關(guān)系2.2主要單元電路的設(shè)計2.2.1正弦信號發(fā)生器設(shè)計2.2.2F/V變換部分設(shè)計2.2.3信號采集部分處理2.2.4通信模塊部分設(shè)計2.2.5數(shù)據(jù)地址顯示電路設(shè)計3、系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1主單片機程序3.1.1主機發(fā)送子程序3.1.2主機數(shù)據(jù)處理子程序3.1.3主機顯示子程序3.1.4主機主程序3.2從單片機程序3.2.1數(shù)據(jù)采集子程序3.2.2從機中斷接

2、受子程序3.2.3從機子程序4、系統(tǒng)測試附錄1：產(chǎn)品使用說明附錄2：元件清單參考文獻1.系統(tǒng)方案選擇和論證1.1.1基本要求設(shè)計一個八路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)原理框圖如下：主控器能對50米以外的各路數(shù)據(jù)，通過串行傳輸線（實驗中用1米線代替）進行采集的顯示和顯示。具體設(shè)計任務(wù)是：（1）現(xiàn)場模擬信號產(chǎn)生器?！　。?）八路數(shù)據(jù)采集器。　?。?）主控器。二、設(shè)計要求1．基本要求　?。?）現(xiàn)場模擬信號產(chǎn)生器：自制一正弦波信號發(fā)生器，利用可變電阻改變振蕩頻率，使頻率在200Hz～2kHz范圍變化，再經(jīng)頻率電壓變換后輸出相應(yīng)1～5V直流電壓（200Hz對應(yīng)1V，2kHz對應(yīng)5V）

3、?！　。?）八路數(shù)據(jù)采集器：數(shù)據(jù)采集器第1路輸入自制1～5V直流電壓，第2～7路分別輸入來自直流源的5，4，3，2，1，0V直流電壓（各路輸入可由分壓器產(chǎn)生，不要求精度），第8路備用。將各路模擬信號分別轉(zhuǎn)換成8位二進制數(shù)字信號，再經(jīng)并/串變換電路，用串行碼送入傳輸線路。　?。?）主控器：主控器通過串行傳輸線路對各路數(shù)據(jù)進行采集和顯示。采集方式包括循環(huán)采集（即1路、2路……8路、……1路）和選擇采集（任選一路）二種方式。顯示部分能同時顯示地址和相應(yīng)的數(shù)據(jù)。2．發(fā)揮部分　?。?）利用電路補償或其它方法提高可變電阻值變化與輸出直流電壓變化的線性關(guān)系；　　（2）盡可能減

4、少傳輸線數(shù)目；　?。?）其它功能的改進（例如：增加傳輸距離，改善顯示功能）。1.2系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求系統(tǒng)模塊分可以劃分為：現(xiàn)場信號發(fā)生模塊，V/F變換模塊，信號采集處理模塊，通信控制模塊，顯示模塊。系統(tǒng)的框圖如圖1.2.1所示。為實現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計方案并進行了論證。下圖為系統(tǒng)基本模塊圖：1.2.1各模塊電路的方案選擇及論證（1）現(xiàn)場信號發(fā)生模塊該模塊工作在遠距離終端，作為模擬待采樣的信號源，產(chǎn)生正弦波。對于該模塊有以下兩種方案：方案一：采用ICL8038集成芯片。構(gòu)成三角波發(fā)生器及正弦整形電路。該IC電路屬于積分型施密特壓控多諧振蕩器

5、，工作范圍0.001HZ～300KHZ，完全可以達到設(shè)計要求。方案二：由LM358運放組成的幅值、頻率可調(diào)的正弦振蕩器。圖1.2.2所示為由LM358組成的正弦波發(fā)生器A1組成的電路相當(dāng)于比例積分器，A2所組成的電路相當(dāng)于比較器。接通電源后，A2輸出為低電平（0V），而A1輸出為高電平，由于有電容C，則這個高電平是逐漸增長的，即隨著電容C經(jīng)RW2、R2去路不斷地充電，使A1的1腳電位逐漸增長。當(dāng)其電位增長到高于Vcc／2時，A2輸出變?yōu)楦唠娖?。A2的高電平使A1反相端為高電平，則A1輸出力圖為低電平，但由于C上電壓不能突變，其輸出端電位只能隨電容C經(jīng)RW2、R2

6、支路反相充電而下降。當(dāng)下降到低于VCC／2時，A2輸出又變成低電平。于是A1輸出力圖為高電平，C由于上的電壓不能突變，其輸出端電位只能隨C的充電逐漸上升……如此工作產(chǎn)生正弦波。其具體電路圖如圖1.2.2所示。振蕩頻率：f＝1/２π（RW2+R2）C。調(diào)節(jié)RW2可改變振蕩頻率。頻率變化范圍為：２.９～5.3KHz。輸出信號的幅度調(diào)節(jié)通過改變RW1來實現(xiàn)。幅度調(diào)節(jié)范圍為：2～6V。（2）F/V變換模塊F/V變換模塊采用模擬集成頻率--電壓變換器LM331。LM331具有精度高、線形度高，溫度系數(shù)低，功耗低動態(tài)范圍寬等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集和自動控制中

7、。（3）信號采集處理模塊該模塊功能主要是將輸入過來的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理?，F(xiàn)在提出以下方案來完成此功能。A/D采集模塊工作在遠程數(shù)據(jù)采集端，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。計劃采用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0809為CMOS集成電路，屬于逐位逼近比較型的轉(zhuǎn)換器，分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為100us，數(shù)據(jù)輸出端內(nèi)部具有三態(tài)輸出鎖存器，可以與單片機直接連接；而界具有8路模擬開關(guān)，可直接連接8個模擬量，并可程控選擇對其中一個模擬量進行轉(zhuǎn)化。它與單片機連接簡單，使用方便。（4）通信控制模塊方案一：由于信號采集處理采用雙單片機，即在數(shù)據(jù)采集的

8、遠端、近端均采用單片機控