多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-02-14 15:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 cy Converter）是另一種實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的器件，將模擬電壓量變換為脈沖信號，該輸出脈沖信號的頻率與輸入電壓的大小成正比。所以在本系統(tǒng)中采用性能價格比高、外圍電路簡單、可單電源供電、低功耗的LM331。 3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計3．1 數(shù)據(jù)的采集部分傳感器的分類及特點 傳感器根據(jù)被測物理量的不同分為溫度傳感器，壓力傳感器，濕度傳感器，流量傳感器等。傳感器把采集的非電量信號轉(zhuǎn)換成電壓（05V）或電流（420mA）的標(biāo)準(zhǔn)信號，本系統(tǒng)采用溫度傳感器。 溫度傳感器測量物體溫度的方法可分為接觸式和非接觸式。接觸式測溫法是將傳感器置于與被測物體相同的熱平衡中，使傳感器與物體保持同一溫度的測溫法。實現(xiàn)這種方法有兩種途徑，一是利用介質(zhì)受熱膨脹的原理來檢測溫度，二是利用敏感元件電氣參數(shù)隨溫度變化的特性來檢測溫度。非接觸式測溫法不必將傳感器與物體接觸而檢測物體輻射熱的測溫法。實現(xiàn)這種測溫方法可利用物體的表面熱輻射強度與溫度的關(guān)系來檢測溫度。3．2信號放大電路正弦信號發(fā)生模塊主要采用集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038，ICL8038函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢壘二極管等先進工藝制成的單片集成電路芯片，具有電源電壓范圍寬、穩(wěn)定度好、精度高等優(yōu)點，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時產(chǎn)生方波、三角波和正弦波。ICL8038及外圍電路如圖2所示，由8腳輸入外部控制電壓，調(diào)節(jié)電位器P1即可使2腳輸出的正弦波信號頻率發(fā)生變化，實現(xiàn)外部壓控振蕩。10，11腳之間接0．01 μF的振蕩電容，4，5腳接電阻和電位器，調(diào)節(jié)正弦波失真度。 ICL8038精密函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢壘二極管等先進工藝制成的單片集成電路芯片，電源電壓范圍寬、穩(wěn)定度高、精度高、易于用等優(yōu)點，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時產(chǎn)生方波、三角波和正弦波，其函數(shù)波形的頻率受內(nèi)部或外電壓控制，可被應(yīng)用于壓控振蕩和FSK調(diào)制器。3．6．1ICL8038芯片簡介2．1 性能特點 具有在發(fā)生溫度變化時產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50ppm／℃；具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號輸出；正弦波輸出具有低于1％的失真度；三角波輸出具有0．1％高線性度；具有0．001Hz～1MHz的頻率輸出范圍；工作變化周期寬，2％～98％之間任意可調(diào)；高的電平輸出范圍，從TTL電平至28V；易于使用，只需要很少的外部條件。2．2 管腳功能 圖1為ICL8038的管腳圖，下面介紹各引腳功能。 腳12（Sine Wave Adjust）：正弦波失真度調(diào)節(jié)；腳2（Sine Wave Out）：正弦波輸出；腳3（Triangle Out）：三角波輸出；腳5（Duty Cycle Frequency）：方波的占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對稱調(diào)節(jié)；腳6（V＋）：正電源177。10V～177。18V；腳7（FM Bias）：內(nèi)部頻率調(diào)節(jié)偏圖1 ICL8038管腳圖置電壓輸；腳8(FM Sweep)：外部掃描頻率電壓輸入；腳9（Square Wave Out）：方波輸出，為開路結(jié)構(gòu)；腳10（Timing Capacitor）：外接振蕩電容；腳11（V－ or GND）：負電原或地；腳114（NC）：空腳。頻率電壓變換模塊的設(shè)計采用集成芯片LM331，LM331采用新的溫度補償能隙基準(zhǔn)電路，在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到5．O V電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態(tài)范圍寬，可達100 dB；線性度好，最大非線性失真小于O．01％，工作頻率低到0．1 Hz時尚有較好的線性度；轉(zhuǎn)換精度高，數(shù)字分辨率可達12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成V／F或F／V等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。本系統(tǒng)中的所設(shè)計的頻率電壓變換電路如圖所示。 LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比高、外圍電路簡單、可單電源供電、低功耗的精密電壓/頻率轉(zhuǎn)換器集成電路。LM331動態(tài)范圍寬達100dB，工作頻率低到0．1Hz時尚有較好的線性度，數(shù)字分辨率達12位。LM331的輸出驅(qū)動器采用集電極開路形式，因此可通過選擇邏輯電流和外接電阻來靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同邏輯電路。LM331可工作在4．0V～40V之間，輸出可高達40V，而且可以防止VCC短路。LM331的特點：?保證線性：％（最大）?低功耗：15mW 5V?廣泛的全面頻率：1Hz to 100kHz ?脈沖輸出兼容所有的邏輯形式?寬動態(tài)范圍：100db所以本設(shè)計選擇LM331. LM331的引腳圖與功能介紹功能說明：1． CURRENT UOT PUT電流輸入2．REFERENCE CURRENT VOLTAGE 參考電壓3．LOGIC OUTPUT 邏輯輸出 4．GND5．RC 定時器6．THRESHOLD 閾值輸入7．COMPARATOR比較器輸入8．VCC 信號調(diào)理模塊包括信號放大整形電路和信號放大調(diào)理電路。圖4為采用A／D824設(shè)計的信號放大整形及調(diào)理電路。圖4(a)中由ICL8038產(chǎn)生的正弦波信號先經(jīng)過1 μF電容高通濾波，再經(jīng)A／D824反向放大2倍，然后經(jīng)比較器，輸出對應(yīng)頻率的方波信號，作為LM331的輸入。200 Hz～2 kHz的方波信號經(jīng)過LM331頻率電壓變換芯片后，產(chǎn)生的信號Vo為O．22～2．22 V，為符合200 Hz～2 kHz對應(yīng)于1～5 V，故需對Vo進行調(diào)理，方案中的運算電路如圖4(b)所示。 AD轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡介 8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100μs左右。 《ADC0809引腳圖》1. ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809的1. ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖97所示。1. ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖97所示。1
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