【文章內容簡介】 變?yōu)?0000000。沒有調整時，ADC 0809的這個電壓在士1/2LSB范圍內，在大多數(shù)情況下，在引腳15上加上1kΩ的電位器可實現(xiàn)這個調整。 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技術以獲得快速捕捉信號的超高直流精度和低下降率。作為一個單獨的增益跟隨器工作， %，％精度時，一個雙極性輸入級用于實現(xiàn)低偏差電壓和寬范圍帶寬。用一個引腳來達到調整輸人偏差，并且不降低輸入偏差漂移。寬范圍帶寬使LF198可放于1MHZ運算放大器反饋回路內，而不引起穩(wěn)定性問題。輸人阻抗允許使用高源阻抗，而且不會使精度降低，使用1μF的保持電容，P通道結型場效應管與在輸出放大器的兩極性器件一起，實現(xiàn)低至5mV／分鐘的下降率。JFET比以前設計中所用的MOS器件具有更低的噪聲，而且沒有高溫時的不穩(wěn)定性?？傮w設計確保在保持模式下，從輸入到輸出沒有藕合，即使對輸人信號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。 功能模塊電路設計以8051為CPU設計一個單片機應用系統(tǒng)，在其外部擴展64KB SRAM，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊以ADC0809為核心，LF398采樣保持來實現(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器，打印機，LED很方便的進行數(shù)據(jù)讀取。 數(shù)據(jù)采集模塊電路設計 如果在數(shù)據(jù)采集器中，直接使用模數(shù)轉換器對模擬信號進行轉換，則應該考慮到任何一種模數(shù)轉換器都需要有一小段時間來完成量化及編碼操作。模數(shù)轉換器的轉換時間決定于轉換的位數(shù)、轉換方法、采用的器件等因素。如在轉換時間TCONV內，輸入模擬信號仍在變化。此時進行量化顯然會產(chǎn)生一定的誤差。 現(xiàn)在考慮對正弦波信號采樣，在轉換時間TCONV內，信號電壓的最大改變發(fā)生在正弦信號過零時，所以 而在轉換時間TCONV內最大可能的 由此可以得出：其中f為輸入的正弦信號頻率。所以數(shù)字化的最大正弦信號頻率可用下式計算。 其中M為模數(shù)轉換器ADC的分辨率。在本系統(tǒng)中M=8，TCONV =100us帶入公式就可得 如果我們在數(shù)據(jù)采集器的模數(shù)轉換器ADC前再加一個采樣保持放大器SHA（它的任務是把要轉換的信號快速采樣后保持一段時間，以備轉換用），這相當于在ADC轉換時間內可開一個窄“窗孔”，將此窗孔開啟瞬間內的模擬信號以量化形式記錄下來，此窗孔稱為“孔徑時間”Ta，Ta一般遠小于轉換時間TCONV。顯然，如在孔徑時間Ta內，輸入模擬信號仍在孔徑時間Ta內，輸入模擬信號仍在變化時進行量化，會引入一定的誤差，稱其為“孔徑誤差”，仍考慮對輸入的正弦信號采樣，那么對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頻率為： 如欲以8位分辨率去量化1kHz的正弦波，可計算出所需孔徑時間為160ns，根據(jù)給定的在正弦信號頻率與ADC的分辨率確定要求的孔徑時間。 這樣，數(shù)據(jù)采集時在模數(shù)轉換器ADC前采用采樣保持放大器SHA，就解決了ADC轉換時間較長與分辨率要求較短的孔徑時間的矛盾，其實質是把模擬信號的離散化與量化分兩步進行。SHA先完成模擬信號的離散化。ADC接著進行離散信號的量化。最終獲得所需要的數(shù)字信號。圖34數(shù)據(jù)采集模塊硬件圖 數(shù)據(jù)采集模塊是將從調理電路送過來的信號進行量化，把模擬量變成數(shù)字量的模塊，A/D轉換過程（即采樣信號的量化過程）需要時間，如果輸入信號變化較大，就會引起轉換誤差。所以在A/D轉換前，加上保持器做信號保持。保持器把時刻的采樣值保持到A/D轉換結束。T為采樣周期。采樣控制電平為“1”，保持控制電平為“0”，OFFSET用于零位調整。保持電容是外接的，其取值與采樣頻率和精度有關，常選用510～1000pF。減小可提高采樣頻率，但會降低精度。而且應該選用聚苯乙烯、聚四氟乙烯等高質量電容器作。 在本系統(tǒng)中根據(jù)采樣時間、%精度的獲取時間為25μs，保持期間的輸出電壓下降率為每秒3mV。也就是說A/D轉換器的轉換時間為100μs，轉換期間。A/D轉換器的任務是完成采樣信號到數(shù)字信號的轉換，ADC0809是逐次逼近式，轉換時間為100μs的8位轉換器，它的線性誤差為177。1/2LSB，抗干擾能力較強，比較適合于信號變化緩慢，現(xiàn)場干擾嚴重的場合。 8位A/，％以下, 這對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轉換器，如10位、12位、14位等A/D轉換器。轉換時序圖如下： ALESTARTOEDO7~1EOC 圖35 轉換時序圖 其轉換過程表述如下：首先ALE的上升沿將地址代碼鎖存、譯碼后選通模擬開關中的某一路，使該路模擬量進入到A/D轉換器中。同時START 的上升沿將轉換器內部清零，下降沿起動A/D轉換，即在時鐘的作用下，逐位逼近過程開始，轉換結束信號EOC即變?yōu)榈碗娖健．斵D換結束后，EOC恢復高電平，此時，如果對輸出允許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，地址譯碼與對應通道選擇見表36。CBA選中通道000INT0001INT1010INT2011INT3100INT4101INT5110INT6111INT7表36 地址譯碼與對應通道選擇表 ADC0809的量化單位 本系統(tǒng)基準電壓 ， 此時q=（）/=20Mv， 轉換結果D= A/D轉換器與單片機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單片機連接（例如8155或8255）需要占用兩個并行口（其中一個端口接A/D轉換器數(shù)據(jù)線，另一個端口用來產(chǎn)生A/D轉換器工作控制信號）；第二種接口方法是利用ADC0809轉換器三態(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轉換器當作外部RAM單元對待。 ，若假設地址中的無關位均為1，則其通道IN0IN7的地址為7FF8H7FFFFH。當8051產(chǎn)生寫信號時，則由一個或非門產(chǎn)生轉換器的啟動START和地址鎖存信號ALE（高電平有效），同時將地址總線信息由A，B，C輸入并鎖存，模擬量通過被選中的通道送到A/D轉換器，并在START信號下降沿時開始逐位轉換。當轉換信號結束時，轉換結束信號EOC變高電平。經(jīng)反相器可向CPU發(fā)送一個高電平信號。當8051產(chǎn)生讀信號時，則由一個或非門產(chǎn)生OE輸出允許信號（高電平有效），使A/D轉換結果讀入8051單片機。 查詢打印模塊電路設計圖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。但它們共同的缺點是，需要編制定時掃描顯示和掃描鍵盤的程序，使整個系統(tǒng)軟件變得比較復雜。本系統(tǒng)采用的Intel8279是一個專用的顯示器鍵盤接口，它用硬件完成對顯示器和鍵盤的掃描。在硬件上它占用兩個地址，在軟件上省去了顯示和鍵盤掃描，使用程序變得簡潔、易讀和模塊化。DB0～DB7是數(shù)據(jù)線，與CPU總線相連。當=0時，選中8279。此時若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命令寫到定時器與控制寄存器去，對8279進行編程，=0讀FIFO/傳感器RAM狀態(tài)寄存器的內容；A0==0數(shù)據(jù)寫到顯示RAM，=0讀顯示RAM或FIFO/傳感器RAM的內容。掃描計數(shù)器通過SL0～SL3輸出掃描信號，掃描信號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的內容。這一過程8279通過硬件自動完成，無需程序干預。掃描輸出和回掃線可以構成對鍵的一個掃描陣列。當有鍵按下時，該鍵在行列中的位置上SHIFT和CNTL的狀態(tài)一起被送到FIFO存儲器中，同時使IRQ變高。FIFO/傳感器RAM是一個88RAM，在鍵盤和選通方式工作時，它是FIFO存儲器，其輸入或讀出遵循先入先出的原則。此時FIFO狀態(tài)寄存器存儲器空、滿、益處等狀態(tài)。當FIFO存儲器有數(shù)據(jù)時，IRQ信號變?yōu)楦唠娖?。在傳感器矩陣方式工作時，這個存儲器是傳感器RAM，它的每一位對應著一個傳感器的狀態(tài)。當傳感器變化時。IRQ信號變?yōu)楦唠娖?。系統(tǒng)通過按鍵來選擇工作的模式，當按下“”鍵，系統(tǒng)就進入到查詢模式，屏幕顯示清零狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)的輸入，當輸入數(shù)據(jù)時，屏幕顯示輸入的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)輸入完畢以后，系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的查詢，查詢到的數(shù)據(jù)統(tǒng)統(tǒng)顯示在屏幕上，如過此時按下打印鍵“”，系統(tǒng)就進入打印模式，把查詢到的數(shù)據(jù)打印出來。河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 第4章 數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)軟件設計河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 第4章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與通信系統(tǒng)設計第4章 數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)軟件設計上一章我們對系統(tǒng)的幾個主要硬件部分進行了介紹，這些構成了數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)的硬件基礎。但是，光有這樣的硬件，還只是具有了計算的可能。系統(tǒng)要真正能夠進行按照我們設計的意愿進行工作還必須有軟件的配合。軟件是利用MCS一51匯編語言編制的，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采用了浮動地址，使程序在不同地址的條件下，不需要改動就能完成各種設計功能，從而方便了調試與應用，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、打?。┳xADC0809狀態(tài)（是否空閑）讀打印機狀態(tài)（是否空閑）設置各通道數(shù)據(jù)存放地址段判斷鍵盤送來的字符查詢模式通信模式數(shù)據(jù)采集模式結束圖41 系統(tǒng)流程圖采用鍵入不同的值進入不同的模式，進行各種不同功能的實現(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，當按下“”鍵時，系統(tǒng)進入采集模式，當鍵入的是“*”鍵時，系統(tǒng)進入的是通信模式，當在數(shù)據(jù)采集模式下鍵入的是“”鍵時，系統(tǒng)就進入了查詢模式，如果需要將查詢到的數(shù)據(jù)打印出來，就需要再一次按下“”鍵，從而使系統(tǒng)完成各項功能。MAIN ： 查詢是否有鍵閉合LCALL KEY；查詢鍵閉合，調鍵盤處理子程序LCALL DIR；調顯示子程序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ANL A，3FHMOV DPTR，KTABMOVC A，@A+DPTR。查表轉換成有序編碼CJNE A，0AH，KEY1KEY1： JC PDATA；是數(shù)字鍵，轉PDATA處理SUBB A，0AH；以下為命令處理MOV B，03HMUL ABMOV DPTR，COMTABJMP @A+DPTRCOMTAB: LJMP FIND。是‘*’鍵轉到查詢打印處理LJMP GIVE；是‘’鍵轉通信處理 本系統(tǒng)采用的是ADC0809，它是具有8路通道模擬開關、通道選擇邏輯（地址鎖存與譯碼）、8位A/D轉換器以及三態(tài)輸出鎖存緩沖器，他可以實現(xiàn)8路通道的切換和采集數(shù)據(jù)的鎖存，ADC0809的轉換時間為100us，線形誤差為177。1/2LSB。按照時間和通道進行存儲，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。進入數(shù)據(jù)查詢模式我們就可以根據(jù)輸入的時間來查詢那一時刻所存儲的數(shù)據(jù)，按下打印鍵，系統(tǒng)將為你進行把所查詢到的數(shù)據(jù)進行打印。系統(tǒng)如果工作在通信模式下的話，將進行與PC機的通信，進行數(shù)據(jù)傳輸。過從鍵盤送來的不同鍵值選擇不同的工作模式；接受到“*”系統(tǒng)將自動進入到查詢和打印模式， 接受到“”系統(tǒng)將自動進入打印狀態(tài)，再一次接受到“”的時候系統(tǒng)將返回到數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。在程序開始時經(jīng)過初始化后，設置各個通道界限值，然后通道號置為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，啟動數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲，接著進行第二次數(shù)據(jù)的采集，當采集到預定的采集次數(shù)時，將調用計算平均值子程序，計開 始初 始 化通道號置為 0采集次數(shù)置0啟動數(shù)據(jù)采集調判越界子程序采集次數(shù)+1計算平均值到N次調存儲子程序調顯示子程序通道號+1通道號=9？YNYYN算出采集的數(shù)據(jù)，再把這個數(shù)據(jù)進行判斷是否在正常范圍之內。 圖42數(shù)據(jù)采集流程圖 。因此，當轉換結束時，自動向CPU發(fā)出采集完信號，CPU判斷，將轉換數(shù)據(jù)讀到累加器，然后存入存儲單元。 啟動ADC轉換時，首先要想對應通道（由C，B，A端編碼決定）發(fā)出寫操作信號。這包括三個意思：發(fā)出C、B、A編碼和CS信號，它們共同決定選中的通道；使ALE信號為高電平，鎖存C、B、A編碼（通道地址低3位）；使START信號為高電平，啟動轉換。這與寫操作的內容是無關的。 （1）各通道采集數(shù)據(jù)平均值存儲單元分配：使用單片機內部數(shù)據(jù)存儲單元 IN0～IN7 分別對應 50H～57H （2）各通道界限值存儲單元分配：使用單片機內部數(shù)據(jù)存儲單元。 IN0：下限值X0MIN占用58H IN0：上限值X0MAX占用59H IN1～IN7 上限值分別保存在5A～60H （3）