【正文】 的結(jié)構(gòu) 單片機周期地輸出控制數(shù)據(jù)給執(zhí)行機構(gòu)，在下次數(shù)據(jù)輸出以前，必須將前一次輸出的數(shù)據(jù)保持。優(yōu)點是節(jié)約了芯片。 （ 3） 相對精度 相對精度是指在零碼誤差和滿刻度誤差校準(zhǔn)以后，任一數(shù)字代碼所對應(yīng)的實際模擬輸出值與理論值之間的最大偏差。 D/A 有多種分類方法，各有不同特點。 DAC0832 是常用的 8位 COMS 電流輸出型乘法 D/A轉(zhuǎn)換器，由于采用 COMS 電流開關(guān)和控制電路，所以功耗低，輸出漏電流小。 單電源供電： + 5V~ + 15V。無論哪種。 可采用雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入三種工作方式。 DAC0832片內(nèi)含有輸入緩沖寄存器和 DAC 鎖存器兩個 8 位寄存器。按字長區(qū)分，則有 1 （ 4） 零碼誤差、滿刻度誤差的溫度系數(shù) 在規(guī)定的使用溫度范圍內(nèi)，每變化 1℃ ，零碼誤差、滿刻度誤差的變化量用 μV/℃ 單片 機 輸出接口電路 鎖存器 1 D/A V/I D/A 鎖存器 1 V/I 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 表示。第一種方式如圖 12所示。許多 DAC 芯片的輸入端都有數(shù)據(jù)鎖存器，這時不需另加鎖存器。模擬量輸出通道的作用就是把計算機處理得出的數(shù)字量結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，傳輸給相應(yīng)的執(zhí)行 機構(gòu)，實現(xiàn)對被控對象的控制。AD574 的 12/8 接數(shù)字地。該電路采用雙極性輸入方式，可對 5V～ +5v 或 10V～ +10V模擬信號進行轉(zhuǎn)換。 單極性模擬輸入有兩種量程： 0～ 10V量程從 AD574 的 10VIN引腳 13 輸入； 0～ 20V湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 量程從 AD574 的 20VIN引腳 14 輸入。將 REF OUT 端通過 100 歐姆的精密電位器接至 REF IN 端即可進行滿刻度校準(zhǔn)。讀操作中， A0=0 時，高位數(shù)有效；而 A0=1 時，則低 4 位數(shù)據(jù)有效。當(dāng) 12/8 =1 時， 12 位數(shù)據(jù)一次讀出，主要用于 16 位微機系統(tǒng)； 12/8 =0 時，可與 8 位單片機接口。由于芯片內(nèi)部的比較輸入回路，接有可改變量程的電阻和雙極型輸入偏置電阻，因此， AD574 的輸入模擬電壓量程范圍有 0V~+10V， 0V~+20V， 5V~+5V， 10V~+10V四種。(1/2)LSB，一次轉(zhuǎn)換時間為 25μs，電源供電為 177。 表 4 A/D 轉(zhuǎn)換器的各項誤差 誤差源 性 能 誤 差 量化誤差 177。模擬開關(guān)在單片機控制下 ， 分時選通各個通道信號， 然后把信號 送采樣 /保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后 送 單片機處理。 34Us5+Us10CH6O U T P U T8I N9L11L+12+ IN1A D 5 8 20 .0 5 u FCH1 5 V0 .0 5 u F+ 1 5 VRL2K1 0 KUoUi 圖 6 AD582 的連接圖 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器時，要根據(jù)系統(tǒng)采集對象的性質(zhì)來選擇其類型。 ? ? ? ? KH ztttf APC O N VAC 12 1 966m a x ?????????? ??? (25) AD582 是反饋型采樣 /保持器，保持電容接在運算放大器 A2 的輸入端 (腳 8)與反相輸入端 (腳 6)之間。在高壓 COMS 的邏輯電平為 0V 和 +9V 時， IN 接入 +5V后，則 0V輸入使芯片處于跟蹤模式， +9V輸入時芯片工作在保持模式下。該時間與所選擇的保持電容有關(guān)，電容值越大，捕捉時間越長，它影響采樣頻率。取 dU/dt（ 25℃ ） =10μV/μs，則+50℃ 時該值將增為 10 倍。單片集成 /保持器大都需要外接保持電容。 （ 3）保持電壓衰減率 在保持狀態(tài)下，由于保持電容的漏電流會使保持電壓發(fā)生變化，式 23 中 ID為保持階段保持電容 CH 的泄漏電流，它包括緩沖放大器的輸 入電流、模擬開關(guān)斷開時的漏電流、電容內(nèi)部的漏電流等。為使保持階段 CH上的電荷不被負載放掉，在保持電容 CH與負載之間需加一個高輸入阻抗緩沖放大器 A。尤其是在同步測量系統(tǒng)中，幾個通道的模擬量均需取同一瞬 時值。引腳 RG(2， 14）用于外接電阻 RG，電阻 RG用于調(diào)整放大倍數(shù)。因此由差分輸入電壓所產(chǎn)生的不平衡電流流過另一個外接電阻 RS，由于反饋放大器的作用，該放大器的輸出電壓 Vo 和電阻 RS兩端的電壓保持相等，因此可得： GSIO RRVV ? (21) 即放大器的放大倍數(shù)的計算公式為 22 所示： GSIO RRVVG ?? (22) 可見，只要適當(dāng)改變 RS / RG之比值即可改變放大器增益。s 定時中斷，在中斷處理程序中采集數(shù)據(jù)。消除抖動的常用方法有兩種：一種是 用 硬件 方法 來實現(xiàn)，即用 RC 濾波器除抖動；另一種是用軟件延時的方法來解決。 OUT：輸出 /輸入公共端。 VDD與 VEE之差最大為 16V。 根據(jù)上面的分析，本設(shè)計 選用的是采用 CMOS 工藝的 8 選 1 開關(guān) CD4051。當(dāng)要求精度為%時，負載阻抗就應(yīng)至少是開關(guān)導(dǎo) 通電阻與信號源阻抗之和的 104 倍。 RON使信號電壓產(chǎn)生跌落，跌落量與流過開關(guān)的電流成正比 [3]。單片機及外設(shè)負責(zé)對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作進行管理和控制，并對采集到的數(shù)據(jù)作相應(yīng)的處理。 （ 2）采樣保持部分 模擬信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時間。 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分分 為多路數(shù)據(jù)輸入部分，采樣保持部分， A/D 轉(zhuǎn)換部分，硬件和單片機的連接電路部分 ， D/A 轉(zhuǎn)換部分。 （ 4）單片機輸出的數(shù)據(jù)鎖存和 D/A 轉(zhuǎn)換單 元。 在過程控制及各種儀器表儀表中，由微型計算機進行實時控制及實時數(shù)據(jù)處理，單片機所加工的信息總是數(shù)字量。 AT89S51 microcontroller。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計中重點介紹了系統(tǒng)A/D 通道的選擇和 A/D 轉(zhuǎn)換器的各項誤差分析以及 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574 的介紹、輸入方式和連接電路。 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計（ 論 文 ） 題目 單片機控制的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 作者 學(xué)院 專業(yè) 學(xué)號 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。采樣保持電路的設(shè)計中重點介紹了采樣保持電路的原理和主要參數(shù)以及采樣保持器的選擇和連接電路。 the same time There may be many problems have not been found, giving hope that teachers and students. Keywords: data acquisition。 本設(shè)計采用單片機作為控制來構(gòu)成多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并完成了軟硬件的設(shè)計。 （ 3）硬件和單片機的連接電路。根據(jù)課題設(shè)計任務(wù)的要求，結(jié)合軟件的設(shè)計，選擇合適的電路元件，設(shè)計合理的接口電路以便能夠高效率、穩(wěn)定合理、方便的 實現(xiàn) 多路數(shù)據(jù)采集。為了充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率（ A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字位數(shù)），就要把模擬輸入信號放大到與 A/D 轉(zhuǎn)換器滿量程電壓相應(yīng)得電平值。 （ 4）硬件和單片機的連接部分 該部分用來將傳感器輸出的數(shù)字信號進行整形或電平調(diào)整，然后再傳給單片機。 模擬多路開 關(guān)中，不可避免導(dǎo)通電阻 RON的存在。 （ 1）多路開關(guān)導(dǎo)通電阻加上信號源阻抗與負載阻抗構(gòu)成了分壓器。在確定多路開關(guān)的通過率時，要跟據(jù)系統(tǒng)的采樣速率來考慮。單極性信號輸入時， VEE和 VDD分別接地和正電壓，雙極性輸入時， VEE和 VDD分別接負電壓和正電壓。當(dāng)用作多到一開關(guān)使用時為輸入線，當(dāng)用作一到多開關(guān)使用時為輸出線。影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在本設(shè)計的系統(tǒng)中，只需要設(shè)計定時器，實現(xiàn) 400181。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 2 AD521 簡化原理圖 工作原理：差分輸入電壓 VI加在外接電阻 RG兩端，在 RG上產(chǎn)生的不平衡電流 ΔI=VI /RG；流過晶體管 BG1和 BG2，由于晶體管 BG3和 BG4為鏡象電流源所偏置，迫使流過BG3和 BG4集電極的電流相等。引腳 OFFSET(4， 6)用于調(diào)整放大器零點，調(diào)整線路是芯片 4， 6 接到 10 千 歐姆 電位器的兩個固定端，電位器滑動端接負電源 U(腳 5)。 表 2 增益表 增益值 RG 1 兆歐姆 1 100 千歐姆 10 10 千歐姆 100 1 千歐姆 1000 100 歐姆 采樣 /保持電路 由于模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量有一個過程，這個動態(tài)模擬信號在轉(zhuǎn)換過程中是不確定的，從而引起轉(zhuǎn)換器輸出的不確定性誤差，直接影響轉(zhuǎn)換精度。當(dāng)控制信號 UC為保持電平時，開關(guān) S 斷開，此時輸出電壓 Uo 保持模擬開關(guān) S 斷開時的瞬時值。它包括模擬開關(guān)的導(dǎo)通延時時間和建立跟蹤的穩(wěn)定時間，顯然，采樣周期必須大于捕捉時間，才能保證采樣階段充分地采集到輸入的模擬信號 UI。所謂價格較低，是指采集時間為 4μs 時，采集誤差即 處于 輸入值到終值 %的誤差帶內(nèi)；采集時間為 5μs～ 25μs 時，則采集誤差為 %。且是溫度的函數(shù)。 （ 1） 有較短的信號捕捉時間，最短達到 6μs。 （ 6） 具有差動的邏輯輸入端 +IN 和 IN，利用差動的邏輯輸入端 +IN 和 IN，可以由任意的邏輯電平控制其開關(guān)。因此，本設(shè)計的系統(tǒng)可處理的最高輸入信號頻率應(yīng)為式25 所示。 因此，本設(shè)計的系統(tǒng)根據(jù)對采集精度的要求可以配置不同的CH的， 圖 6 為 AD582 的連接圖。 多路模擬通道共享采樣 /保持器的 通道是采 用分時轉(zhuǎn)換工作方式。如表 4 所示。溫度的調(diào)節(jié)范圍為20℃ ～ 40℃ ，十進制分度為 200，非線性誤差小于 177。數(shù)字部分由控制邏輯、逐次逼近寄存器和三態(tài)輸出緩沖器構(gòu)成，控制邏輯發(fā)出啟 /停及復(fù)位信號，控制轉(zhuǎn)換過程。 12/8 ：數(shù)據(jù)格式選擇端。啟動轉(zhuǎn)換時若 A0=1，則 AD574按 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 10μs；若 A0=0，則按 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 25μs，與 12/8 的狀態(tài)無關(guān)。 REF IN、 REF OUT：參考電壓輸入、輸出端。 +5V1R E FIN10ls b D B 016D B 117A N G N D9D B 218D B 319D B 420B P LR o f12D B 521D B 622D B 7231 0V s p n13D B 824D B 9252 0V s p n14D B 1 026m sb 1127R E Fo u t8S TA T U S28CE6CS3+ V s7A 0 /S C4R /C5V s111 2/82A D 5 74 A 圖 9 AD574 的 引腳 圖 表 6 AD574 的控制信號的作用 CE CS R/C 12/8 A0 AD574 的操作 0 禁止轉(zhuǎn)換，無操作 1 芯片接通，無操作 1 0 0 0 啟動 1 次 12 位轉(zhuǎn)換 1 0 0 1 啟動 1 次 8 位轉(zhuǎn)換 1 0 1 高電平（接 +5V） 允許 12 位并行輸出 1 0 1 低電平（接 0V） 0 允許高 8 位輸出 1 0 1 低電平（接 0V） 1 允許低 4 位輸出（后加 4 個 0） （ 3） AD574 的 單極性和雙極性工作方式 AD574 有單極性和雙極性兩種工作方式，后允許模擬輸入信號為雙極性信號。 AD574 與單片機的接口電路如圖 11 所示。 AD574 片選端 CS 端由譯碼器 74LS138 的譯碼信號來控制。 除了新型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)外，傳統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)大都是用模擬電壓或電流作為傳輸信號的。單個 的 D/A 通道由數(shù)據(jù)鎖存器保持數(shù)據(jù)，通道由輸出接口電路數(shù)據(jù)鎖存器、D/A 轉(zhuǎn)換電路、 V/I 轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。 由于 D/A 通道的第一種方式的轉(zhuǎn)換速度快，精度高，工作可靠，不用多路開關(guān)又節(jié)約了芯片降低了系統(tǒng)的造價，所以本設(shè)計的系統(tǒng)采用 D/A 通道的第一種方式。一般也用 LSB的個數(shù)或它與滿刻度值之比的百分數(shù)（ %）來表示。按數(shù)據(jù)輸入方式有并行、串行之 分?？梢灾苯优c AT89S51 單片機連接。 數(shù)字輸入與 TTL