【正文】 R/C =0 時，啟動轉(zhuǎn)換； R/C =1 時，讀取轉(zhuǎn)換結果。模擬部分由高性能的 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器和參考電壓組成。片內(nèi)具有三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器、電壓基準和時鐘電路。因此，要對各項誤差做出估算。 帶采樣 /保持器的 A/D 轉(zhuǎn)換通道 分為： 多路模擬通道共享采樣 /保持器 的通道、 多通道共享 A/D湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 13 轉(zhuǎn)換器 的通道、 多通道并行 A/D 轉(zhuǎn)換 的通道。%)時，為了減小饋送的影響和減 緩保持電壓的下降，應取 CH=1000PF。這意味著帶采樣 /保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須在速率至少為兩倍的信號頻率下采樣、轉(zhuǎn)換，并采集下一個點。 （ 5） 具有相互隔開的模擬地、數(shù)字地，從而提高了抗干擾能力。 + IN1NC2N U LL3N U LL4U s5CH6NC7 O U TP U T 8IN 9+ U s 10L 11L+ 12NC 13NC 14 圖 5 AD582 管腳 圖 由于 AD582 的以下特征，本設計所以選擇 AD582 采樣保持器。對于 10V 滿量程輸入，誤差為 750μV/10V % 非線性誤差 一般額定值 % 降落誤差 與保持電容質(zhì)量關系很大，降落率 dU/dt約為 ～ 100μV/μs。在選擇時，一般優(yōu)先考慮 單 片集成產(chǎn)品，因為它具有中等性能而價格較低。 （ 2）捕捉時間 tAC 采 樣 /保持 電路的控制信號 UC 由 “保持 ”電平轉(zhuǎn)為 “采樣 ”電平之后，其輸出電壓 Uo將從原保持值過渡到跟隨輸入信號 UI值，這段過渡時間稱為捕捉時間 tAC。當控制信號 UC 為采樣電平 時，開關 S 導通，模擬信號通過開關 S 向保持電容 CH充電，這時輸出電壓 Uo 跟蹤輸入電壓 UI的變化。表 2 所示為 RG選擇不同的阻值，對應的增益值。 AD521 放大器的典型外部接線圖 如圖 3 所示 。 AD521 放大器的簡化原理如圖 2 所示 。s 切換一次通道，采集一個數(shù)據(jù)。若此時采集多路開關輸出信號，就可能引入很大的誤差。 S0～ S7： 8 個通道的輸入輸出通道。 VSS接地。它一方面取決于多路開關建立時間，并與規(guī)定湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 的建立精度有關，另一方面為了避免兩個通道同時接通，多路開關被設計為 “先斷后通 ”，這增加了斷開到接通的 延時，影響了通過率的提高。 傳輸誤差是衡量多路開關的一個指標， 多路開關的傳輸誤差包括兩個方面 。本設計是實現(xiàn) 32 路數(shù)據(jù)采集，所以選擇 4 片 8 選 1 的 模擬 開關。 A/D 轉(zhuǎn)換器是采樣通道的核心，因此， A/D 轉(zhuǎn)換器是影響湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速 率和精度的主要因素之一。放大器的作用是將這些微弱的輸入信號進行放大，以便充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的滿量程分辨率。 圖 1 系統(tǒng)總框圖 器數(shù)據(jù) 傳感器 傳感器 多 多路模擬開關路 轉(zhuǎn) 換 開 關 前 置 放 大 單 片 機 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 執(zhí) 行 機 構 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 傳感器 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 3 第二章 系統(tǒng)硬件設計 硬件設計思想 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常運行依賴于整個系統(tǒng)硬件設備的科學設計。 （ 2）采樣保持電路的 A/D 轉(zhuǎn)換單元。 本文利用 AT89S51 單片機設計了一個多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ， 著重介紹該系統(tǒng)的特點及實現(xiàn)方法。 關鍵詞： 數(shù)據(jù)采集； AT89S51 單片機 ； CD4051； DAC0832 ABSTRACT Completed the design of the main AT89S51 Microcontroller based data acquisition system hardware design and the corresponding software design. The hardware design of the system include: multiswitch and preamplifier circuit design, sample and hold circuit, ADC circuit design, digital to analog conversion circuit. Multiswitch and preamplifier circuit design highlights the choice of multiway switch, AD521, and the calculation of the magnification CD4051 MUX hardware connection circuit and amplifier AD521. Sample and hold circuit design focuses on the principles of sample and hold circuit and the main parameters and sample and hold circuit for the selection and connection. Analogdigital conversion circuits focused on the design of the system A / D channel selection and A / D converter of the error analysis and A / D converter AD574 introduction, input and connection circuits. Digitalanalog conversion circuit design highlights the D / A channel selection, D / A converter selection and D / A converter DAC0832 introduction, connecting the output circuit and the DAC0832. It also describes the hardware design, the choice of microcontroller, microcontroller AT89S51 the clock circuit and reset circuit. The software design includes the choice of piler, various parts of the flow chart and program design. This design also analyzed the system performance and errors. The design is basically realized the design of multichannel data acquisition, but because of tight time and limited knowledge of their own reasons, not the entire system is designed for debugging and simulation, and thus have not been able to make inkind out。多路轉(zhuǎn)換開關及前置放大電路的設計中重點介紹了多路開關的選擇、 AD521 放大倍數(shù)的計算以及多路開關 CD4051 和放大器 AD521 硬件連接 電路 。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的設計中重點介紹了 D/A 通道的選擇， D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇以及 D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 的介紹、連接電路和 DAC0832 的輸出方式。 CD4051。被控制或測量對象的有關參量往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、濕度、壓力、流量、速度等。 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方案及總體設計，包括主體電路的設計和單片機控制電路的設計（要用到單片機的控制整個 系統(tǒng)），因此要完成單片機應用系統(tǒng)的硬、軟件設計并完湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 2 采 樣 保 持 成軟件調(diào)試，以滿足整個系統(tǒng)的要求。 （ 1）多 路數(shù)據(jù)輸入部分 在不要求高速采樣的場合，一般采用共享的 A/D 轉(zhuǎn)換通道，分時對各路模擬量進行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，目的是簡化電路，降低成本。在這個轉(zhuǎn)換 時間內(nèi)，模擬信號要基本保持不變。 （ 5） D/A 轉(zhuǎn)換部分 D/A 轉(zhuǎn)換部分也是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個重要部分，在數(shù)字控制系統(tǒng)中作為關鍵器件，用來把單片機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號，并送入執(zhí)行機構進行控制或調(diào)節(jié)。 設計中 希望 RON越小越好，但是 RON越小的器件價格越高。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，多路開關的負載一般是采樣 /保持器。 CD4051的模擬信號范圍為 177。 C、 B、 A：通道地址。利用 S0～ S7和 OUT 引線可以完成輸 入 /輸 出 。在有微控制系統(tǒng)中，軟件方法較硬件方法更顯優(yōu)勢。 在設計系統(tǒng)時，設計定時器400181。 其放大倍數(shù)可在 1~1000的范圍內(nèi)調(diào)整。引腳 RS(10，13)用于外接電阻 RS，電阻 RS用于對放大倍數(shù)進行微調(diào)。如果通過多路開關將各通道的信號按時序分別直接送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換（共享一個 A/D），所得到的值 就不是同一瞬時值，無法進行比較、判斷與計算。 采 樣 /保持 電路有兩種工作狀態(tài)，即 “采樣 ”和 “保持 ”狀態(tài)，在采樣狀態(tài)中，采 樣 /保持 電路的輸出跟隨模擬輸入電壓。增大電容 CH可減少這種變化，但捕捉時間 tAC也隨之增 大。保持電容的質(zhì)量直接關系到采樣 /保持器的精度 。假設保持時間 10μs ， 則 電 壓 降落為10μV/μs1010μs=1mV，為滿量程值的% % 介質(zhì)吸收 一般估計 % （孔徑抖動未計算在內(nèi)） 總誤差（最壞情況） % 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 總靜態(tài)誤差（均方根值） % 常用的集成采樣 /保持器有 AD58 AD58 AD585 以及國家半導體公司的LF198/298/398 等。 （ 2） 有較高的采樣 /保持電流比，可達到 107。 （ 7） AD582 可與任何獨立的運算放大器連接，以控制增益或頻率響應，以及提供反相信號等。根據(jù) “密勒效應 ”，這樣的接法相當與在 A2 的輸入端接有點容C1H=(1+A2) CH (A2為運算放大器 A2的放大倍數(shù) )。 1. 系統(tǒng) A/D 通道方案的確定 在數(shù)據(jù)采集中，要采集多個模擬信號，而且采集要求不盡相同。由于各路信號的幅值可能有很大的差異 ，常 在系統(tǒng)中放置放大器，使加到 A/D 輸入端的模擬電壓幅值處于 FSR/2~FSR 范圍，以便充分利用 A/D轉(zhuǎn)換器的滿程分辨率 。LSB/2 % 微分線性度誤差 177。15V(177。 （ 2） AD574 的引腳功能 CE：芯片允許工作控制端。 AD574 采用左對齊數(shù)據(jù)方式。湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 但 12/8 =1（接口 +5V）時，則 A0的狀態(tài)不起作用。 DO11～ DO0： 12 位數(shù)據(jù)線，三態(tài)輸出鎖存，可直接與 CPU數(shù)據(jù)總線相連。 電位器 W1接參考電壓輸出端 BIP OFF 端用作零位偏移調(diào)整，電位器 W2接參考電壓輸入端 REF IN 和雙極性偏移調(diào)節(jié)端 BPLRof 端用作滿量程調(diào)整。雙極性偏移調(diào)節(jié)端 BIP OFF 接至參考電壓輸出端 REF OUT 以取得10V 的偏移電壓。 設 A/D 全 12 位轉(zhuǎn)換，要求啟動轉(zhuǎn)換時， A0=0，即 =0； R/C=0，即 =0。能把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件稱為數(shù) /模轉(zhuǎn)換器簡稱 D/A 轉(zhuǎn)換器或 DAC。對于多模擬量輸出通道，有兩種不同的輸出量保持方式，即有兩種不同的結構。 圖 12 具有獨立 DAC 的多路模擬量輸出通道 2. D/A 轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) （ 1）分辨率 當輸入數(shù)字量發(fā)生單位變化數(shù)碼變化時，即 LSB 位產(chǎn)生一次變化時，所對應輸出的是模擬量相對于滿量程的變化量 ， 對于線性 D/A 轉(zhuǎn)換器來說，它等于 1/2n（ n為二進制位數(shù)）。 （ 5） 建立時間 ts 建立時間 ts 是描述 D/A 轉(zhuǎn)換速率的重要參數(shù)?？梢赃M行兩級緩沖操作，具有很大的靈活性，可以采用流水線方式，一邊輸入數(shù)據(jù)一邊轉(zhuǎn)換上一次輸入的數(shù)據(jù)。 (2) 結構 DAC0832 是采用 CMOS 工藝，具有 20 個引腳的雙列直插式 8位 D/A 轉(zhuǎn)換器，其引腳如圖 13 所示。 1WR ：輸入寄存器數(shù)據(jù)寫信號，低電平有效。 DI0～ DI7： 8 位數(shù)據(jù)輸入端， DI0 是最低位（ LSB）， DI7 是最高位（ MS