【正文】 DAC0832 一共20 個管腳，各管腳描述如表 所示。 此后出來的模擬量，經(jīng)過串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX1241,轉(zhuǎn)換為 0~4095 數(shù)字量 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 4 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 38 圖 .42A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 4 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 39 4. 2 D/A 通道模塊的硬件設(shè)計(jì) 在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，被測參數(shù)經(jīng)采樣處理之后，還需要計(jì)算并輸出控制，達(dá)到自動控制的目的。 AD7502是一只四路 CMOS 模擬開關(guān)，通過信號 AO、 A1 和 NRB4QE 選擇同步切換模擬開關(guān)，如表 可看出根據(jù) AO、 A1 的變化 Rf 和 R。在 CS 的下降沿，采樣保持電路進(jìn)入保持狀態(tài)，而且轉(zhuǎn)化正式開始，經(jīng)過一段內(nèi)部轉(zhuǎn)化時(shí)間后，轉(zhuǎn)化結(jié)束的標(biāo)志是 DOUT 信號置高。關(guān)閉模式也可以降低功耗，但這時(shí)傳輸速率也會降低。常用的串行接口總線有 SPI、 I2 C 等。本章主要介紹各個模塊的設(shè)計(jì)。在這個時(shí)候，就需要電壓跟隨器來從中進(jìn)行緩沖，起到承上啟下的作用。因此為保護(hù) TLC2543 芯片，設(shè)計(jì)中在傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)換器之間加入了調(diào)整電路。即發(fā)生溫度變換時(shí)，在 I/O 線上提供一強(qiáng)的上拉。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H ）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48 位是該 D S18B 自身的序列號，最 后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1 ）。 等效的華氏溫度范圍是 67 ℉ 至 257 ℉ ，增量值為 ℉ 。具體來說， DS18B20 具有如下特性： ● 獨(dú)特的單線接口，只需 1 個接口引腳 即可實(shí) 現(xiàn)微處理 器與 DS18 B 20 的雙向通 信 。 該溫度計(jì)提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 24 另外，本系列產(chǎn)品具有精度高、體積小、功耗低、通頻帶寬、性價(jià)比高等特點(diǎn)。 ● 可靠性強(qiáng)：平均無故障工作時(shí)間長，大于 50000 小時(shí)。因此原理及其輸出信號，需要相應(yīng)的測量電路來測量這些電信號。傳感器處于自動檢測與控制系統(tǒng)之首，是感知、獲取與檢測信息的窗口；傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過程要獲取的信息，都要通過它轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號。采用電容式、渦流式等非接觸式傳感器，會有很大方便。而結(jié)構(gòu)型，如電感、電容、磁電式傳感器等，由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，往往由于機(jī)械系統(tǒng)慣性的限制，其固有頻率低。因?yàn)閭鞲衅魈幱跍y試系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否真實(shí)地反映被測量例如，機(jī)械式傳感器的彈性元件，其材料的彈性限是決定測量量程的基本因素。 傳感器的量程范圍 是和靈敏度緊密相關(guān)的一個參數(shù)。 按傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況，分為能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型。 轉(zhuǎn)換電路：把轉(zhuǎn)換元件輸出的電量信號轉(zhuǎn)換為便于處理、顯示、記錄或控制的有用的電信號的電路。 ● 打印輸出：定期將各種數(shù)據(jù)以表格或圖形的形式打印出來。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下幾個方面的功能： ● 數(shù)據(jù)采集：按照一定的采樣頻率對模擬信號進(jìn)行采樣，也可以直接對數(shù)字信號和開關(guān)量進(jìn)行采樣。 ● USARTI 口包括一個完整 Mdome 的所有控制信號 。 ● ZKB 可配置的集成 FFI 氏 (8)多媒體卡接口 MCI ● 自動協(xié)議控制和快速數(shù)據(jù)傳輸 。 ● 7 個外部中斷源和 1 個快速中斷源 。 ● 支持在線仿真 (JTAG)。 ● 友好的用戶界面、圖像界面和靈活的控制方式。進(jìn)入我國市場的國外嵌入式操作系統(tǒng)有 windowCsE、 vxworks、 QNX 等，我國自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品有 Deltasystem、 Hopen 等。就嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)和市場來說，國外發(fā)展速度極快，技術(shù)日趨成熟，市場格局基本形成 。 (3)嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，系統(tǒng)精簡；操作系統(tǒng)一般和應(yīng)用軟件集成在一起，量體裁衣、去除冗余。 (2)嵌入式系統(tǒng)的軟件 如圖 所示，嵌入式軟件系統(tǒng)分為操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兩大部分 : 圖 典型嵌入式系統(tǒng)基本組成 — 軟件 在大型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，為了使嵌入式開發(fā)更 方便、快捷，需要具備一種穩(wěn)定、安全的軟件模塊集合，用以管理存儲器分配、中斷處理、任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng)，以及提供多任務(wù)處理等，即嵌入式操作系統(tǒng)。 ● 通信領(lǐng)域 DSP 處理器 (DSP):因?yàn)橄到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令的 特殊設(shè)計(jì)，DSP 適合于行 DSP 算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。 嵌入式 系統(tǒng)的組成 圖 典型嵌入式系統(tǒng)基本組成硬件 嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器、外設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等幾大部分組成。在工業(yè)領(lǐng)域中，使用嵌入式技術(shù)的數(shù)字機(jī)床、能工具、工業(yè)機(jī)器人等正在改變著傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)方式。圖 嵌入式系統(tǒng)的概述 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)己 所謂嵌入式系統(tǒng) (EmbeddedSystem)，實(shí)際上是“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的簡稱，它是相對于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言的。 (2)數(shù)據(jù)采集具有移動轉(zhuǎn)儲功能。然而國內(nèi)的個人數(shù)字處理 (PDA)市場火爆，掌上電腦、機(jī)頂盒等產(chǎn)品進(jìn)入市場后也獲得用戶好評，智能手機(jī)市場前景看好。通過溫度傳感器和電流傳感器采集到供電系統(tǒng)的溫度信號和電量信號，傳輸?shù)交谖⑻幚砥?S3C2410A的芯片所構(gòu)成的電路系統(tǒng)裝置進(jìn)行信號處理。技術(shù)具有性能高、成本 低和能耗省的特點(diǎn)。主要有三大模塊：電路板設(shè)計(jì)，傳感器選擇和嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本論文對于基于嵌入式的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)所作的一些山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 摘要 研究結(jié)果和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些方法具有一定的先進(jìn)性和良好的實(shí)用性，應(yīng)用前景十分廣闊。 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 井下供電系統(tǒng)信息采集裝置設(shè)計(jì) 作者姓名： 尚福浩 導(dǎo)師姓名： 徐文尚 專業(yè)名稱： 電氣工程及其自動化 所在學(xué)院： 信息與電氣工程學(xué)院 山 東 科 技 大 學(xué) 20xx 年 6 月 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 摘要 摘要 隨著微電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的高度發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)電路、微機(jī)模式發(fā)展成為嵌入式系統(tǒng)模式，嵌入式系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)數(shù)據(jù)采集與控制中扮演著不可替代的重要作用。 關(guān)鍵詞 :嵌入式系統(tǒng) 。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi) /教育類多媒體、 DSP 和移動式應(yīng)用等。此裝置具有可靠性高，體積小，易擴(kuò)展、功能強(qiáng)， 開發(fā)周期短、成本低等特點(diǎn)。軟件方面，作為嵌入式系統(tǒng)核心的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是開發(fā)嵌入式應(yīng)用的關(guān)鍵一環(huán)?；诂F(xiàn)場的實(shí)際工況，需要控制平臺在正常工作的情況下，能夠?qū)⒉糠謹(jǐn)?shù)據(jù)通過移動存儲器提取出來，以便在其它設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在有些系統(tǒng)里也有計(jì)算 機(jī)，但是計(jì)算機(jī)作為某個專用系統(tǒng)中的一個部件而存在的。 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 由于嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下，面對專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)，所以與通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多樣化和適用性不同。 (1)嵌入式系統(tǒng)的硬件 典型嵌入式系統(tǒng)的硬件基本組成如圖 所示，其中嵌入式處理器是嵌入系統(tǒng)的核心部件，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。嵌入式 DSP 處理器比較代表性的產(chǎn)品是 TMS320 系列和 DSP560o0 系列。目前常見的嵌入式操作系統(tǒng)有 :Linux、 Wind， sCE、Vxworks、 OSE、 Nucleus、 UC/OSII 等嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺，能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件。 (4)嵌入式系統(tǒng)是與具體應(yīng)用緊密結(jié)合在一起的，對軟件代碼的質(zhì)量和可靠性要求很高，產(chǎn)品應(yīng)具有較長的生命周期。而國內(nèi)發(fā)展也很快，市場潛力很大。值得注意的是， Linux 以其自身的諸多優(yōu)勢，吸引了許多開發(fā)商的目光，成為嵌入式操作系統(tǒng)的新寵。這方面 的要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面、多媒體技術(shù)上下功夫。 (2)16KBSRAM 和 128KBROM 的擴(kuò)展存儲器 (3)外部總線接口 EBI 支持 SDRAM、靜態(tài)存儲器、 BurstFlash、CoNANDFlash 和 SmartMedia 等多種存儲器 (4)增強(qiáng)的系統(tǒng)外圍性能 ● 增強(qiáng)的時(shí)鐘發(fā)生器和電源管理控制器 。 ● 4 個 32 位并行 I/0 控制器，多達(dá) 122 個 I/0 口，每個口中斷和開漏能力 。 ● 兼容 MMC 和 SD 存儲卡，最多支持 2 個 DS 存儲卡 。 (11)主 /從 SPI 口 ● 數(shù)據(jù)長度可編程 8~16 位 。 ● 模 擬信號處理：模擬信號便于傳送，但易受干擾。 ● 人機(jī)接口：操作人員通過鍵盤或鼠標(biāo)與系統(tǒng)對話，完成對系統(tǒng)的運(yùn)行方式、采樣頻率等參數(shù)的設(shè)置以及系統(tǒng)功能的選擇。 其組成如圖 所示： 圖 傳感器組成圖 實(shí)際上 ,有些傳感器很簡單 , 最簡單的傳感 器由一個敏感元件 (兼轉(zhuǎn)換元件 )組成 ,它感受被測量時(shí)直接輸出電量 ,如熱電偶。 按傳感器的物理原理分為： 電參量式傳 感器 壓電式傳感器 磁電式傳感器 光電式傳感器 氣電式傳感器 熱電式傳感器 射線式傳感器 波式傳感器 半導(dǎo)體式傳感器 其他原理傳感器 按傳感器的輸出量，可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。當(dāng)輸入量增大時(shí)，除非有專門的非線性校正措施，傳感器不應(yīng)在非線性區(qū)域工作，更不能在飽和區(qū)域內(nèi)工作。當(dāng)超過彈性極限時(shí)，將特產(chǎn)生非線性誤差。 在動態(tài)測量中，傳感器的響應(yīng)特性對測試結(jié)果有直接影響，在選用時(shí)，應(yīng)充分考慮到被測物理量的變化特點(diǎn) (如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等 )。若 選用電阻應(yīng)變計(jì)時(shí)，則還需配用遙測應(yīng)變儀。因此，傳感器對系統(tǒng)的功能起決定性作用，設(shè)計(jì)中選擇合適的傳感器顯得非常重要。對基本要求如下： ● 輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配； ● 一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益； ● 低噪聲； ● 低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移； ● 足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率（無畸變的放大瞬態(tài)信號）； ● 高輸入共模范圍（如達(dá)幾百伏）和高共模抑制比； ● 可調(diào)的閉環(huán)增益； 山東科技大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 3 數(shù)據(jù)信息采集前的準(zhǔn)備 23 ● 線性好、精度高； ● 成本低。 ● 過載能力強(qiáng)：穿心輸入傳感器 30 倍標(biāo)稱輸入可持續(xù) 5 秒；接線輸入傳感器 1 0 倍標(biāo)稱輸入可持續(xù) 5 秒 。 在設(shè)計(jì)中，結(jié)合真空配電裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為了便于接線、安裝和保護(hù) TLC2543 ， 電流 傳感器均選用了 WBI411S07電磁調(diào)制隔離型， DIN 導(dǎo)軌式安裝， 0 ～ 5VDC 輸出信號，并要求最高等。信息經(jīng)過單線接口送入 DS18 B 20 或從 DS18 B 20 送出，因此從中央處理器到 DS18 B 20 僅需連接一條線（和地）。 ● 多點(diǎn)（ multidrop ） 能力使分布式溫度檢測應(yīng)用 ● DS18 B 20 在使用中不需要任何外圍元件。 ● 測量結(jié)果以 9 位數(shù)字量方式串行傳送。光刻 R 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B 的目的。如圖 所示，通過使用一個 MOSFET 把 I/O 線直接拉到電源可達(dá)到這一點(diǎn)，當(dāng)使用寄生電源方式時(shí) VDD 引腳必須連接到地。調(diào)整 電路由可調(diào)電阻、電壓跟隨器組成。 本設(shè)計(jì)中，電壓跟隨器電路利用 LM324 構(gòu)成 [4142]LM324 內(nèi)部有 4 個獨(dú)立的運(yùn)算放大器，工作時(shí)可單電源供電，如圖 所示。 在工業(yè)控制中往往需要隨時(shí)檢測各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)，同時(shí)，還需要對某一個檢測電路的任一參數(shù)能夠進(jìn)行隨機(jī)查詢，將其在某一時(shí)間段內(nèi)檢測得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換提取出來。 SPI 總線是 Motorola公司提出的一種新型同步串行通信總線，較 I2 C 同步串行總線而言， SPI接口采用三線制，因此 SPI 對于提高通信速度是很有利的。MAX1241 需要一個外部參考電壓，參考電壓輸入范圍一般為 0~2. 5V， MX1241能接收的電壓范圍為 O~2. 5V，輸入電壓過大會燒掉芯片，一般不應(yīng)超過3V 管腳 名稱 功能 1 V DD 正鄉(xiāng)電壓 :~ 2 AIN 模擬輸入量 ,0V~V ref 3 SHDN 三級關(guān)斷輸入 .無論 SHDF 為高電平或者懸空 ,MAX1