數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

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1、微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：第一部分課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)內(nèi)容（論文闡述的問題）設(shè)計(jì)一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本要求：要求具有8路模擬輸入輸入信號為0——500mV采用數(shù)碼管8位，顯示十進(jìn)制結(jié)果輸入量與顯示誤差<1%發(fā)揮部分：1、速度上實(shí)現(xiàn)高精度采集2、提高系統(tǒng)精度3、設(shè)計(jì)抗干擾性二、設(shè)計(jì)完成后提交的文件和圖表1.計(jì)算說明書部分：數(shù)據(jù)采集是指將壓力、流量、溫度、位移等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲、處理、顯示、或打印的過程，相應(yīng)的系統(tǒng)就稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，就

2、是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，取得所需的數(shù)據(jù)。同時，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集性能的好壞，主要取決于他的精度和速度。在保證精度的條件下，應(yīng)有盡可能高的采樣速度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具有功能：（1）數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)按照選定的采樣周期，對輸入到系統(tǒng)的模擬信號進(jìn)行采樣，稱為數(shù)據(jù)采集。（2）模擬信號處理模擬信號是指隨時間連續(xù)變化的信號，模擬信號處理是指模擬信號經(jīng)過采樣和A/D轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)后，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的正確性判斷、標(biāo)度

3、變換、線性化等處理。（3）數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理是指數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)后，需要進(jìn)行碼制的轉(zhuǎn)換處理，如BCD碼轉(zhuǎn)換成ASCII碼，以便顯示數(shù)字信號。（4）屏幕顯示就是用各種顯示裝置如CRT、LED把各種數(shù)據(jù)以方便于操作者觀察的方式顯示出來。（5）數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲是就是將某些重要數(shù)據(jù)存儲在外部存儲器上。在本次設(shè)計(jì)中，我們采用8259作為中斷控制器，8255作為并行接口，ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。2、圖紙部分：含有總體設(shè)計(jì)的功能框圖、所用各種器件的引腳圖、內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)框圖以及相應(yīng)器件的真值表，還包括總設(shè)計(jì)的硬件

4、連接圖及軟件設(shè)計(jì)流程圖等。第二部分一、設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本要求：要求具有8路模擬輸入輸入信號為0——500mV采用數(shù)碼管8位，顯示十進(jìn)制結(jié)果輸入量與顯示誤差<1%第一章系統(tǒng)概述總體的工作過程與原理壓力，流量，溫度，位移等非電信號送入傳感器，經(jīng)傳感器中轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娦盘栞敵銮逸敵鰹槟M信號。由于輸出的電信號太微弱，所以在送入采樣保持電路前要經(jīng)過一級放大器進(jìn)行放大，本系統(tǒng)采用ICL7150放大10倍，可將0~500mv的電壓信號放大到0~5V。此電壓信號為模擬量，故需要送入型號為ADC0809的A

5、/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此芯片可以將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，而且同時可處理8位信號，將轉(zhuǎn)換后的信號即數(shù)字信號送入8259中斷控制器進(jìn)行中斷請求，經(jīng)過8255并行口與8086CPU對中斷請求的響應(yīng)進(jìn)行中斷處理，將處理的中斷的子程序的信號送入鎖存器保存，再將鎖存器中的信號送入有驅(qū)動功能的LED顯示器進(jìn)行顯示。傳感器，放大器，采樣電路，采樣保持電路，AD轉(zhuǎn)換器，并行接口電路，8086CPU，8253定時器，中斷控制，鎖存器，LED顯示器以及比較器全部采用集成的成品件。一、設(shè)計(jì)方案論證1.AD轉(zhuǎn)換器的選擇1、根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器

6、基本原理及特點(diǎn)，可以分為以下類型：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。1）積分型（如TLC7135）???積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。2）逐次比較型（如ADC0809）逐次比較型AD由一個比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，

7、從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（<12位）時價(jià)格便宜，但高精度（>12位）時價(jià)格很高。3）并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。串行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2

8、個n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為Halfflash(半快速)型。還有分成三步或多步實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線（Pipelined）型AD，現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。4）Σ-Δ