【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 變?yōu)?0000000。沒有調(diào)整時(shí)，ADC 0809的這個(gè)電壓在士1/2LSB范圍內(nèi)，在大多數(shù)情況下，在引腳15上加上1kΩ的電位器可實(shí)現(xiàn)這個(gè)調(diào)整。 LF398芯片介紹圖33 LF398AN(8)管腳排列 LF398是單片采樣/保持器放大器，它使用BIFET技術(shù)以獲得快速捕捉信號(hào)的超高直流精度和低下降率。作為一個(gè)單獨(dú)的增益跟隨器工作， %，％精度時(shí)，一個(gè)雙極性輸入級(jí)用于實(shí)現(xiàn)低偏差電壓和寬范圍帶寬。用一個(gè)引腳來(lái)達(dá)到調(diào)整輸人偏差，并且不降低輸入偏差漂移。寬范圍帶寬使LF198可放于1MHZ運(yùn)算放大器反饋回路內(nèi)，而不引起穩(wěn)定性問題。輸人阻抗允許使用高源阻抗，而且不會(huì)使精度降低，使用1μF的保持電容，P通道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管與在輸出放大器的兩極性器件一起，實(shí)現(xiàn)低至5mV／分鐘的下降率。JFET比以前設(shè)計(jì)中所用的MOS器件具有更低的噪聲，而且沒有高溫時(shí)的不穩(wěn)定性?？傮w設(shè)計(jì)確保在保持模式下，從輸入到輸出沒有藕合，即使對(duì)輸人信號(hào)等于電源電壓的情況也是如此： 工作在177。5V～177。18V 電源下 低于10us采集時(shí)間，與TTL , PMOS , CMOS邏輯輸人兼容 在 Ck=， 低輸人偏差 ％的增益精度 在保持模式下的低輸出噪聲 LF398 的邏輯輸入是完全差分的，具有低輸入電流，允許與 TTL、PMOS 。LM198的工作電源為177。5V～177。18V。 功能模塊電路設(shè)計(jì)以8051為CPU設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，在其外部擴(kuò)展64KB SRAM，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊以ADC0809為核心，LF398采樣保持來(lái)實(shí)現(xiàn)一秒中采集8次數(shù)據(jù)，輸出數(shù)字量直接與總線的數(shù)據(jù)線連接，從而掛在總線上的存儲(chǔ)器，打印機(jī)，LED很方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。 數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì) 如果在數(shù)據(jù)采集器中，直接使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則應(yīng)該考慮到任何一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要有一小段時(shí)間來(lái)完成量化及編碼操作。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間決定于轉(zhuǎn)換的位數(shù)、轉(zhuǎn)換方法、采用的器件等因素。如在轉(zhuǎn)換時(shí)間TCONV內(nèi)，輸入模擬信號(hào)仍在變化。此時(shí)進(jìn)行量化顯然會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。 現(xiàn)在考慮對(duì)正弦波信號(hào)采樣，在轉(zhuǎn)換時(shí)間TCONV內(nèi)，信號(hào)電壓的最大改變發(fā)生在正弦信號(hào)過零時(shí)，所以 而在轉(zhuǎn)換時(shí)間TCONV內(nèi)最大可能的 由此可以得出：其中f為輸入的正弦信號(hào)頻率。所以數(shù)字化的最大正弦信號(hào)頻率可用下式計(jì)算。 其中M為模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的分辨率。在本系統(tǒng)中M=8，TCONV =100us帶入公式就可得 如果我們?cè)跀?shù)據(jù)采集器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC前再加一個(gè)采樣保持放大器SHA（它的任務(wù)是把要轉(zhuǎn)換的信號(hào)快速采樣后保持一段時(shí)間，以備轉(zhuǎn)換用），這相當(dāng)于在ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)可開一個(gè)窄“窗孔”，將此窗孔開啟瞬間內(nèi)的模擬信號(hào)以量化形式記錄下來(lái)，此窗孔稱為“孔徑時(shí)間”Ta，Ta一般遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)換時(shí)間TCONV。顯然，如在孔徑時(shí)間Ta內(nèi)，輸入模擬信號(hào)仍在孔徑時(shí)間Ta內(nèi)，輸入模擬信號(hào)仍在變化時(shí)進(jìn)行量化，會(huì)引入一定的誤差，稱其為“孔徑誤差”，仍考慮對(duì)輸入的正弦信號(hào)采樣，那么對(duì)M位ADC，并采用SHA的數(shù)據(jù)采集器。則數(shù)字化的最大正弦信號(hào)頻率為： 如欲以8位分辨率去量化1kHz的正弦波，可計(jì)算出所需孔徑時(shí)間為160ns，根據(jù)給定的在正弦信號(hào)頻率與ADC的分辨率確定要求的孔徑時(shí)間。 這樣，數(shù)據(jù)采集時(shí)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC前采用采樣保持放大器SHA，就解決了ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)與分辨率要求較短的孔徑時(shí)間的矛盾，其實(shí)質(zhì)是把模擬信號(hào)的離散化與量化分兩步進(jìn)行。SHA先完成模擬信號(hào)的離散化。ADC接著進(jìn)行離散信號(hào)的量化。最終獲得所需要的數(shù)字信號(hào)。圖34數(shù)據(jù)采集模塊硬件圖 數(shù)據(jù)采集模塊是將從調(diào)理電路送過來(lái)的信號(hào)進(jìn)行量化，把模擬量變成數(shù)字量的模塊，A/D轉(zhuǎn)換過程（即采樣信號(hào)的量化過程）需要時(shí)間，如果輸入信號(hào)變化較大，就會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差。所以在A/D轉(zhuǎn)換前，加上保持器做信號(hào)保持。保持器把時(shí)刻的采樣值保持到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。T為采樣周期。采樣控制電平為“1”，保持控制電平為“0”，OFFSET用于零位調(diào)整。保持電容是外接的，其取值與采樣頻率和精度有關(guān)，常選用510～1000pF。減小可提高采樣頻率，但會(huì)降低精度。而且應(yīng)該選用聚苯乙烯、聚四氟乙烯等高質(zhì)量電容器作。 在本系統(tǒng)中根據(jù)采樣時(shí)間、%精度的獲取時(shí)間為25μs，保持期間的輸出電壓下降率為每秒3mV。也就是說(shuō)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs，轉(zhuǎn)換期間。A/D轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是完成采樣信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，ADC0809是逐次逼近式，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs的8位轉(zhuǎn)換器，它的線性誤差為177。1/2LSB，抗干擾能力較強(qiáng)，比較適合于信號(hào)變化緩慢，現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合。 8位A/，％以下, 這對(duì)一些精度要求比較高的控制系統(tǒng)而言是不夠的，因此要采用更多位的A/D轉(zhuǎn)換器，如10位、12位、14位等A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換時(shí)序圖如下： ALESTARTOEDO7~1EOC 圖35 轉(zhuǎn)換時(shí)序圖 其轉(zhuǎn)換過程表述如下：首先ALE的上升沿將地址代碼鎖存、譯碼后選通模擬開關(guān)中的某一路，使該路模擬量進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器中。同時(shí)START 的上升沿將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零，下降沿起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，即在時(shí)鐘的作用下，逐位逼近過程開始，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC即變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC恢復(fù)高電平，此時(shí)，如果對(duì)輸出允許OE輸入一高電平命令，則可讀出數(shù)據(jù)。 A、B、C：3位地址線即模擬量通道選擇線。ALE為高電平時(shí)，地址譯碼與對(duì)應(yīng)通道選擇見表36。CBA選中通道000INT0001INT1010INT2011INT3100INT4101INT5110INT6111INT7表36 地址譯碼與對(duì)應(yīng)通道選擇表 ADC0809的量化單位 本系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓 ， 此時(shí)q=（）/=20Mv， 轉(zhuǎn)換結(jié)果D= A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的硬件接口一般有兩種方法，一種方法是通過并行I/O接口與8051A單片機(jī)連接（例如8155或8255）需要占用兩個(gè)并行口（其中一個(gè)端口接A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)線，另一個(gè)端口用來(lái)產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換器工作控制信號(hào)）；第二種接口方法是利用ADC0809轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存功能，可以直接與8051的總線連接，在系統(tǒng)中把ADC0809轉(zhuǎn)換器當(dāng)作外部RAM單元對(duì)待。 ，若假設(shè)地址中的無(wú)關(guān)位均為1，則其通道IN0IN7的地址為7FF8H7FFFFH。當(dāng)8051產(chǎn)生寫信號(hào)時(shí)，則由一個(gè)或非門產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)START和地址鎖存信號(hào)ALE（高電平有效），同時(shí)將地址總線信息由A，B，C輸入并鎖存，模擬量通過被選中的通道送到A/D轉(zhuǎn)換器，并在START信號(hào)下降沿時(shí)開始逐位轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換信號(hào)結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC變高電平。經(jīng)反相器可向CPU發(fā)送一個(gè)高電平信號(hào)。當(dāng)8051產(chǎn)生讀信號(hào)時(shí)，則由一個(gè)或非門產(chǎn)生OE輸出允許信號(hào)（高電平有效），使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入8051單片機(jī)。 查詢打印模塊電路設(shè)計(jì)圖37 查詢打印模塊硬件圖用鎖存器或用8155都可以作鍵盤顯示器的接口。但它們共同的缺點(diǎn)是，需要編制定時(shí)掃描顯示和掃描鍵盤的程序，使整個(gè)系統(tǒng)軟件變得比較復(fù)雜。本系統(tǒng)采用的Intel8279是一個(gè)專用的顯示器鍵盤接口，它用硬件完成對(duì)顯示器和鍵盤的掃描。在硬件上它占用兩個(gè)地址，在軟件上省去了顯示和鍵盤掃描，使用程序變得簡(jiǎn)潔、易讀和模塊化。DB0～DB7是數(shù)據(jù)線，與CPU總線相連。當(dāng)=0時(shí)，選中8279。此時(shí)若A0=1。數(shù)據(jù)線上的信息是命令或狀態(tài)。若A0=0，數(shù)據(jù)線上的信息是顯示數(shù)據(jù)或鍵盤數(shù)據(jù)。即A0==0命令寫到定時(shí)器與控制寄存器去，對(duì)8279進(jìn)行編程，=0讀FIFO/傳感器RAM狀態(tài)寄存器的內(nèi)容；A0==0數(shù)據(jù)寫到顯示RAM，=0讀顯示RAM或FIFO/傳感器RAM的內(nèi)容。掃描計(jì)數(shù)器通過SL0～SL3輸出掃描信號(hào)，掃描信號(hào)分為譯碼和編碼兩種。顯示寄存器通過OUTA和OUTB同步輸出顯示RAM的內(nèi)容。這一過程8279通過硬件自動(dòng)完成，無(wú)需程序干預(yù)。掃描輸出和回掃線可以構(gòu)成對(duì)鍵的一個(gè)掃描陣列。當(dāng)有鍵按下時(shí)，該鍵在行列中的位置上SHIFT和CNTL的狀態(tài)一起被送到FIFO存儲(chǔ)器中，同時(shí)使IRQ變高。FIFO/傳感器RAM是一個(gè)88RAM，在鍵盤和選通方式工作時(shí)，它是FIFO存儲(chǔ)器，其輸入或讀出遵循先入先出的原則。此時(shí)FIFO狀態(tài)寄存器存儲(chǔ)器空、滿、益處等狀態(tài)。當(dāng)FIFO存儲(chǔ)器有數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ信號(hào)變?yōu)楦唠娖健Ｔ趥鞲衅骶仃嚪绞焦ぷ鲿r(shí)，這個(gè)存儲(chǔ)器是傳感器RAM，它的每一位對(duì)應(yīng)著一個(gè)傳感器的狀態(tài)。當(dāng)傳感器變化時(shí)。IRQ信號(hào)變?yōu)楦唠娖健Ｏ到y(tǒng)通過按鍵來(lái)選擇工作的模式，當(dāng)按下“”鍵，系統(tǒng)就進(jìn)入到查詢模式，屏幕顯示清零狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)的輸入，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，屏幕顯示輸入的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)輸入完畢以后，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢，查詢到的數(shù)據(jù)統(tǒng)統(tǒng)顯示在屏幕上，如過此時(shí)按下打印鍵“”，系統(tǒng)就進(jìn)入打印模式，把查詢到的數(shù)據(jù)打印出來(lái)。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第4章 數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第4章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)第4章 數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上一章我們對(duì)系統(tǒng)的幾個(gè)主要硬件部分進(jìn)行了介紹，這些構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。但是，光有這樣的硬件，還只是具有了計(jì)算的可能。系統(tǒng)要真正能夠進(jìn)行按照我們?cè)O(shè)計(jì)的意愿進(jìn)行工作還必須有軟件的配合。軟件是利用MCS一51匯編語(yǔ)言編制的，并利用了最優(yōu)化方法，使其在具有較多的功能條件下，占有較少的地址空間同時(shí)采用了浮動(dòng)地址，使程序在不同地址的條件下，不需要改動(dòng)就能完成各種設(shè)計(jì)功能，從而方便了調(diào)試與應(yīng)用，并使整體軟件系統(tǒng)具有較大的靈活性。開始初始化（鍵盤、顯示、存儲(chǔ)、打印）讀ADC0809狀態(tài)（是否空閑）讀打印機(jī)狀態(tài)（是否空閑）設(shè)置各通道數(shù)據(jù)存放地址段判斷鍵盤送來(lái)的字符查詢模式通信模式數(shù)據(jù)采集模式結(jié)束圖41 系統(tǒng)流程圖采用鍵入不同的值進(jìn)入不同的模式，進(jìn)行各種不同功能的實(shí)現(xiàn)，如果在沒按下“”鍵以前有鍵按下，判斷為誤操作，程序不予處理，當(dāng)按下“”鍵時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入采集模式，當(dāng)鍵入的是“*”鍵時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入的是通信模式，當(dāng)在數(shù)據(jù)采集模式下鍵入的是“”鍵時(shí)，系統(tǒng)就進(jìn)入了查詢模式，如果需要將查詢到的數(shù)據(jù)打印出來(lái)，就需要再一次按下“”鍵，從而使系統(tǒng)完成各項(xiàng)功能。MAIN ： 查詢是否有鍵閉合LCALL KEY；查詢鍵閉合，調(diào)鍵盤處理子程序LCALL DIR；調(diào)顯示子程序SJMP MAIN；鍵盤處理子程序KEY： MOV DPTR，7FFFHMOV A，40H；寫‘讀掃描鍵命令’MOVX @DPTR,7EFFH。MOVX A,@DPTR。掃描鍵值A(chǔ)NL A，3FHMOV DPTR，KTABMOVC A，@A+DPTR。查表轉(zhuǎn)換成有序編碼CJNE A，0AH，KEY1KEY1： JC PDATA；是數(shù)字鍵，轉(zhuǎn)PDATA處理SUBB A，0AH；以下為命令處理MOV B，03HMUL ABMOV DPTR，COMTABJMP @A+DPTRCOMTAB: LJMP FIND。是‘*’鍵轉(zhuǎn)到查詢打印處理LJMP GIVE；是‘’鍵轉(zhuǎn)通信處理 本系統(tǒng)采用的是ADC0809，它是具有8路通道模擬開關(guān)、通道選擇邏輯（地址鎖存與譯碼）、8位A/D轉(zhuǎn)換器以及三態(tài)輸出鎖存緩沖器，他可以實(shí)現(xiàn)8路通道的切換和采集數(shù)據(jù)的鎖存，ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us，線形誤差為177。1/2LSB。按照時(shí)間和通道進(jìn)行存儲(chǔ)，這是是為了方便查詢的方便，也是保存數(shù)據(jù)的常用方式，采集模式就工作在查詢的模式下。進(jìn)入數(shù)據(jù)查詢模式我們就可以根據(jù)輸入的時(shí)間來(lái)查詢那一時(shí)刻所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，按下打印鍵，系統(tǒng)將為你進(jìn)行把所查詢到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。系統(tǒng)如果工作在通信模式下的話，將進(jìn)行與PC機(jī)的通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。過從鍵盤送來(lái)的不同鍵值選擇不同的工作模式；接受到“*”系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入到查詢和打印模式， 接受到“”系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入打印狀態(tài)，再一次接受到“”的時(shí)候系統(tǒng)將返回到數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。在程序開始時(shí)經(jīng)過初始化后，設(shè)置各個(gè)通道界限值，然后通道號(hào)置為0，采集次數(shù)也置為0，就保證了采集次數(shù)和通道的開始是正確的，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，接著進(jìn)行第二次數(shù)據(jù)的采集，當(dāng)采集到預(yù)定的采集次數(shù)時(shí)，將調(diào)用計(jì)算平均值子程序，計(jì)開 始初 始 化通道號(hào)置為 0采集次數(shù)置0啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集調(diào)判越界子程序采集次數(shù)+1計(jì)算平均值到N次調(diào)存儲(chǔ)子程序調(diào)顯示子程序通道號(hào)+1通道號(hào)=9？YNYYN算出采集的數(shù)據(jù)，再把這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否在正常范圍之內(nèi)。 圖42數(shù)據(jù)采集流程圖 。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，自動(dòng)向CPU發(fā)出采集完信號(hào)，CPU判斷，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀到累加器，然后存入存儲(chǔ)單元。 啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換時(shí)，首先要想對(duì)應(yīng)通道（由C，B，A端編碼決定）發(fā)出寫操作信號(hào)。這包括三個(gè)意思：發(fā)出C、B、A編碼和CS信號(hào)，它們共同決定選中的通道；使ALE信號(hào)為高電平，鎖存C、B、A編碼（通道地址低3位）；使START信號(hào)為高電平，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。這與寫操作的內(nèi)容是無(wú)關(guān)的。 （1）各通道采集數(shù)據(jù)平均值存儲(chǔ)單元分配：使用單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 IN0～I(xiàn)N7 分別對(duì)應(yīng) 50H～57H （2）各通道界限值存儲(chǔ)單元分配：使用單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。 IN0：下限值X0MIN占用58H IN0：上限值X0MAX占用59H IN1～I(xiàn)N7 上限值分別保存在5A～60H （3）