畢業(yè)設(shè)計答辯(1)(編輯修改稿)
2025-02-16 07:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電路 ? 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通常需要盡量將模擬信號子樣放大到接近A/D轉(zhuǎn)換電路的滿度值，以充分利用 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨能力。然而，在某些應用領(lǐng)域，一方面信號有效幅值輸入范圍較小，另一方面信號又極其微弱，因此，一般需要調(diào)理電路具備 100dB以上的信號放大能力，而運放和采樣裝置引入的失調(diào)可能高達 100～ 200μV，同時還具有一定的熱漂移。而在某些應用領(lǐng)域，信號有效幅值輸入范圍又可能較大。顯然，固定增益信號調(diào)理電路無法兼顧對上述兩類信號子樣的高分辨率 A/D轉(zhuǎn)換。這就需要信號調(diào)理電路來實現(xiàn)。 ? 信號調(diào)理是將數(shù)據(jù)采集設(shè)備轉(zhuǎn)換成一套完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過信號調(diào)理單元后可以直接連接到廣泛的傳感器和信號類型 (從熱電偶到高電壓信號 )。通過信號調(diào)理技術(shù)可以將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能和精度提高 10倍左右。 信號調(diào)理的作用 信號調(diào)理板主要作用有二點 ? 一是將模擬量的輸入幅值調(diào)整到 AD轉(zhuǎn)換板適合的范圍。 ? 二是對一些特殊信號進行處理，如頻率信號等進行抗混疊濾波。 信號調(diào)理板主要由運算放大器及阻容電路、頻率及幅值調(diào)整電路等組成。 如何提高 ADC電路的實際分辨率，使其最大限度地接近 ADC器件自身的實際分辨率，即最大限度地提高ADC電路的信噪比。是信號調(diào)理單元關(guān)心的主要問題。 采樣頻率和抗混疊濾波器 根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。 右圖顯示了一個信號分別用合適的采樣率和過低的采樣率進行采樣的結(jié)果。為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號被采集（ A/D）之前，經(jīng)過一個低通濾波器，將信號中高于奈奎斯特頻率的信號成分濾去。這個濾波器稱為抗混疊濾波器。 系統(tǒng)設(shè)計要求 對多路電信號進行高速數(shù)據(jù)采集，將模擬信號轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字信號，可將信息存入片內(nèi) Flash或片外 RAM中。數(shù)據(jù)采集時，可選擇單次或連續(xù)轉(zhuǎn)換。以及對輸入通道進行選擇?？梢詫﹄娫醇案鞣N信號進行實時監(jiān)控。 整機指標 采集部分： ? 采集通道數(shù)： 8路 ? 模擬輸入電平幅度： 0V至 +15V（單端輸入） 15V至 +15V（差分方式） ? 采集精度： 10位 A/D轉(zhuǎn)換 主控制器部分： ? 數(shù)據(jù)顯示狀態(tài)： 2種（循環(huán)和手動） ? 循環(huán)周期：約 1ms秒 ? 顯示精度： （擴展） 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計主要分為硬件部分的設(shè)計和軟件部分的設(shè)計。 ? 硬件設(shè)計的主要內(nèi)容有 ： * 采集和處理方案設(shè)計； * 根據(jù)精度和速度要求選擇 A/D轉(zhuǎn)換器件； * 原理圖設(shè)計； * PCB設(shè)計。 ? 軟件設(shè)計的主要內(nèi)容有： * 底層控制軟件設(shè)計； * 上層處理軟件設(shè)計 (比如濾波、顯示、控制等 ) 設(shè)計思路 設(shè)計時，首先要考慮信號的幅值問題，由于被采集信號一般是由傳感器傳送過來的，此時信號的幅值比較小，所以需要對小信號進行放大，這里要用到運算放大器，提高信號的幅值到接近 Vref。有時被測信號的幅度遠遠大于 Vref，這時就需要對信號進行衰減。否則 AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果一直為最大值，甚至燒壞所使用的芯片。 我們在考慮到信號幅值的同時，還要考慮到信號的另外一個特征即信號頻率。當被測信號的頻率大于采樣頻率的一半時就會產(chǎn)生信號的混疊。于是需要在調(diào)理電路中加入抗混疊濾波器。 采集和處理的方案設(shè)計 ? 而傳統(tǒng)的設(shè)計中均采用信號通過傳感器后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變改為相應的數(shù)字信號，最后傳送到微控制器進行相應的調(diào)節(jié)。采用此種方法對硬件資源要求很高。在精度要求不是很高的場合，我們經(jīng)常利用嵌入微控制器片內(nèi)的 A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，以此來降低系統(tǒng)的成本。 ? 所謂嵌入式模數(shù)轉(zhuǎn)換器是指將模擬多路開關(guān)、采樣保持、 A/D轉(zhuǎn)換、微控制器集成在一個芯片上，經(jīng)常采用逐次比較型進行 A/D轉(zhuǎn)換，模擬輸入信
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