【導讀】①提高了系統(tǒng)結構的可讀性和清晰度。③便于對系統(tǒng)進行修改和補充。之間數(shù)據(jù)流或控制流的信息通道。圖上的一條連線可表示。以表示主要信息通道的名稱、功能或信息類型。了信息的傳輸方向。方框圖是系統(tǒng)設計的初步，其設計是。一個自頂向下、逐步細化的過程。設計一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方框圖。①根據(jù)題意先畫出系統(tǒng)的粗框圖如圖11-1所示。框圖作進一步的分解和細化。方式根據(jù)要求可以是顯示或進一步的后處理等。存儲器的時間關系。EOC為A/D轉換器的轉換結束信號，輸出高電平有效。報警信號，用發(fā)光二極管指示定時結束。小時的設置通過直接置A7、A8兩計數(shù)器的數(shù)據(jù)置數(shù)。因為一天只有24小時，小時的最高位只為2，因此A7計數(shù)器的C、D端接地。在減計數(shù)的過程中，如果小時計數(shù)器A7、A8不為0，由6塊十進制加減計數(shù)器74LS168構成減法計。時間值送入計數(shù)器并顯示。制繼電器的通斷、定時發(fā)聲報警、定時產生啟動信號等等。信號的脈沖個數(shù)為N1、已知的標準頻率信號的脈沖個數(shù)為N2，

　　

【正文】 。k H zMH zf o 6102 4212m a x ???當 Nmax=65 536 時， M=1024, 。HzMH zf o 12m i n ??? 為了獲得更高的信號頻率可采取以下措施： ① 減少波形數(shù)據(jù)存儲空間 M； ② 采用讀出頻率更高的 EPROM 。 降低信號頻率的方法： ① 增加波形數(shù)據(jù)存儲空間 M； ② 降低振蕩器頻率； ③ 增加分頻計數(shù)器位數(shù) n。 綜合高、低頻率要求，只有采用高頻的 EPROM和增加分頻器位數(shù)比較合適。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 1. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要技術指標 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件是 A/D轉換器 。 通常在不同的應用場合對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有不同的技術要求 ， 主要有分辨率 、采樣率 、 采樣方式 、 精度和輸入范圍等 。 圖 1114 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 1) A/D 不同的 A/D其輸入電壓的動態(tài)范圍不同 ， 一般有 0~5 V、 0~+10 V、 5~+5 V和 ~+ V等 。 如果某一 A/D轉換器的輸入電壓范圍是 0~10 V， 而輸入模擬信號電壓范圍為 5~+5 V， 為了滿足 A/D輸入的要求 ， 應采用運放加法電路使輸出模擬量在 0~10 V范圍內變化 。 對微弱的模擬信號常常要經過運放放大后再輸入 A/D轉換器 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 2) 模擬信號轉換成數(shù)字信號必須經過采樣保持電路 。 為了不失真地采集模擬信號 ， 要求 A/D的采樣頻率最低為 2 倍的信號頻率 。 在實際應用中 ， 為了保證信號采集質量 ，選擇 A/D的采樣頻率通常為信號頻率的 3~4 倍 ， 工程上有時取 10 倍 。 常用的 A/D器件 ADC0809的最高采樣頻率 fmax=10kHz。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 3) A/D的分辨率一般由 A/D的位數(shù)和輸入電壓范圍來決定 。如兩個輸入電壓范圍都為 0~10 V， 轉換位數(shù)一個為 8 位 ， 另一個為 10 位 ， 則分辨率分別為 mVVVUmVVVU101 0 2 4102104025610210101088???????? 由此可見，如何選擇 A/D的位數(shù)，以便滿足分辨率的要求，應從這兩方面來考慮。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 2. 1) 數(shù)據(jù)采集 、 存儲 、 數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)電路如圖 1115 所示 。 ADC0809是一種常用的 8 路輸入 8 位逐次比較 A/D轉換器 ， 其內部結構和詳細工作時序請參閱 節(jié) 。 ADC0809的基本參數(shù)為：電源電壓 UCC=+5V， 輸入電壓范圍為 0~5V， 時鐘頻率 f≤640kHz， 線性誤差為 177。 1LSB， 轉換時間 Tc=100μs 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 (1) 輸入信號經運放 0P07同相放大后送入 ADC0809， 放大器的放大倍數(shù) AV=(R1+RF)/R1， 改變 RF和 R1的值可以調節(jié) AV， 從而使放大器輸出電壓 Uo滿足 ADC0809的動態(tài)范圍 。 電路中只使用一路模擬信號 ， 由 IN0輸入 ， 因此ADC0809的輸入信號地址 ADDA、 ADDB、 ADDC接地 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 (2) 數(shù)據(jù)采集 、 在這一過程中 ， 首先使開關 S2置高電平 UCC， 以便地址計數(shù)器時鐘通過與門 A8(A74LS08), 然后把開關 S１由 UCC撥到地 ， 再撥到 UCC， 產生一負脈沖 ， 使 D觸發(fā)器 A7的 Q置“ 1”， 地址計數(shù)器清 0, 采集過程開始 。 START信號由時鐘 fCP和 EOC轉換結束信號相與形成 。 當A/D轉換未開始時 ， EOC=1， START的正脈沖寬度為 fCP 的正脈沖寬度 。 START正脈沖的下降沿到達后 ， EOC=0， A/D轉換器開始轉換；當 A/D轉換結束后 ， EOC由 0變成 1， EOC=1 保持一個 fCP周期 ， 第二個 START正脈沖產生 ， 第二次 A/D轉換開始；如此循環(huán) ， 形成不斷的采集過程 ， 直到地址計數(shù)器為全 “ 1”時結束 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 ALE信號： ALE與 START端接在一起 ， 輸入地址在ALE=START=1時允許 ， ALE=0 。 OE信號：輸出允許端 OE由 EOC和 D觸發(fā)器的 Q相與提供 ， 在采集過程中 Q一直為 1， 則 OE=EOC， 只有當轉換結束時 EOC=1， 才有 OE=1， 即允許數(shù)據(jù)輸出 ， 8 位數(shù)據(jù)此時送入 RAM存儲器 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 RAM寫入過程：由于 A7∶ A的 Q=1， 開關 S2=1， RAM地址計數(shù)器的時鐘 CLK和 RAM寫控制端 WE在采集過程中等于 START， 第一次 START正脈沖期間 ， 數(shù)據(jù)寫入 RAM的0單元 (注意第一次 0單元內容為不確定值 ， 因此時 A/D未工作 )。 當 START由 1變 0時 ， 則 CLK由 0變 1產生上升沿 ， 使RAM地址加 1。 計數(shù)器地址從 1計到全 “ 1”(4095個單元 )的地址為有用數(shù)據(jù)地址 。 當計數(shù)器為全 “ 1”時 ， 產生一上升沿送至 D觸發(fā)器的 CLK端 ， 使 Q=0， OE=0， 數(shù)據(jù)禁止輸出 ，同時使 RAM的 WE=1, 讀出信號 RD=0， 進入 RAM數(shù)據(jù)讀出過程 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 數(shù)據(jù)讀出顯示過程：在采集寫入結束后電路自動轉入讀出過程 ， RD=0。 由于與門 A8∶ A的 1端等于 1(因 Q=0)，只要手動開關 S2由 UCC→ 地 → UCC一次 ， 地址計數(shù)器加 1，RAM數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管驅動譯碼器 7448， 顯示 RAM各單元的數(shù)據(jù) 。 數(shù)據(jù)顯示為八進制方式 ， 八位數(shù)據(jù)為全 1 時顯示 377， 表示輸入信號為 5V。 該系統(tǒng)只要撥動開關 S2和 S1就可開始自動采集存儲 ，采集存儲結束后自動轉入手動 S2進行讀出顯示 。 這樣可以實現(xiàn)快速采集存儲 ， 慢慢讀出已存儲的數(shù)據(jù)以便觀測 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 2) 89C51控制的采集系統(tǒng) 圖 1116 89C51采集框圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 89C51通過地址線 、 寫控制線 RD、 WR來產生 ADC0809的 ALE信號 、 啟動信號 START和輸出允許信號 OE。 模擬輸入通道地址的譯碼輸入 ADDA、 ADDB、ADDC由 ~ ， 因 ADC0809具有地址鎖存功能 ，~ ABC。 根據(jù) ~方法 ， 八個輸入通道的地址依 IN0~IN7順序由送數(shù)據(jù)的低三位數(shù)據(jù)組成 ， 數(shù)據(jù)范圍為 F8H~FFH。 ADC0809的時鐘可由 89C51的 ALE獲得 。 如果 ALE信號頻率過高 ， 應分頻后送入 ADC0809的 CLK端 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設計實例 ADC轉換結束后 EOC變成高電平 ， 89C51通過查詢 。 89C51也可接成中斷源方式 ， EOC接入 。 當判斷 EOC=1后 ， 執(zhí)行讀操作指令 ， 產生輸出允許信號 OE， 同時 A/D轉換的數(shù)據(jù)讀入 89C51 。