【正文】 當(dāng) XFER 和 2WR 同時有效時輸入寄存器中的數(shù)據(jù)被裝入 DAC 寄存器，并同時啟動 D/A轉(zhuǎn)換器。只有當(dāng) ILE 為高電平且 CS 和 1WR 同時為低電平時，才能將鎖存器中的數(shù)據(jù)更新。 (3) 引腳功能 CS ：片選信號，低電平有效。因為有兩級鎖存器， DAC0832 可以工作在雙緩沖方式下，即在輸出模擬信號的同時可以采集 一個數(shù)字量，這樣可以有效地提高轉(zhuǎn)換速率。 數(shù)字輸入與 TTL 兼容。 (1) 基本特性 分辨率： 8 位?？梢灾苯优c AT89S51 單片機連接。位之分，字長不同，微分階梯粗細不同。按數(shù)據(jù)輸入方式有并行、串行之分。ε，通常 ε=1/2LSB）所經(jīng)歷的時間。一般也用 LSB的個數(shù)或它與滿刻度值之比的百分?jǐn)?shù)（ %）來表示。 （ 2） 絕對精度 絕對精度是指在 DAC 的數(shù)字輸入端加入給定的數(shù)字代碼時，在輸出端實際測得的模擬輸出值與理論上應(yīng)有的模擬值之差。 由于 D/A 通道的第一種方式的轉(zhuǎn)換速度快，精度高，工作可靠，不用多路開關(guān)又節(jié)約了芯片降低了系統(tǒng)的造價，所以本設(shè)計的系統(tǒng)采用 D/A 通道的第一種方式。這種方案的優(yōu)點是速度快，精度高，工作可靠，不用多路開關(guān)。單個的 D/A 通道由數(shù)據(jù)鎖存器保持?jǐn)?shù)據(jù)，通道由輸出接口電路數(shù)據(jù)鎖存器、D/A 轉(zhuǎn)換電路、 V/I 轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。由于實現(xiàn)較遠距離的信號傳輸時采用的是電流信號，而 DAC通常輸出的是電壓故模擬量輸出通道一般具有電壓 /電流（ V/I）轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) [8]。 除了新型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)外，傳統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)大都是用模擬電壓或電流作為傳輸信號的。因為 12/8 接地，所以 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果分兩次讀出，高 8 位從 D11～ D4讀出，低 4 位從 D3～ D0讀出。 AD574 片選端 CS 端由譯碼器 74LS138 的譯碼信號來控制。 AD574 的狀態(tài)信號STS 與 AT89S51 的 ，采用查詢判斷 A/D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。 AD574 與單片機的接口電路如圖 11 所示 。本系統(tǒng)中的 AD574 采用雙極性工作方式，連接方法如圖 10 所示。 +5V1R E FIN10ls b D B 016D B 117A N G N D9D B 218D B 319D B 420B P LR o f12D B 521D B 622D B 7231 0V s p n13D B 824D B 9252 0V s p n14D B 1 026m sb 1127R E Fo u t8S TA T U S28CE6CS3+ V s7A 0 /S C4R /C5V s111 2/82A D 5 74 A 圖 9 AD574 的 引腳 圖 表 6 AD574 的控制信號的作用 CE CS R/C 12/8 A0 AD574 的操作 0 禁止轉(zhuǎn)換，無操作 1 芯片接通，無操作 1 0 0 0 啟動 1 次 12 位轉(zhuǎn)換 1 0 0 1 啟動 1 次 8 位轉(zhuǎn)換 1 0 1 高電平（接 +5V） 允許 12 位并行輸出 1 0 1 低電平（接 0V） 0 允許高 8 位輸出 1 0 1 低電平（接 0V） 1 允許低 4 位輸出（后加 4 個 0） （ 3） AD574 的 單極性和雙極性工作方式 AD574 有單極性和雙極性兩種工作方式，后允許模擬輸入信號為雙極性信號。 AGND、 DGND：模擬地、數(shù)字地。 REF IN、 REF OUT：參考電壓輸入、輸出端。 STS：工作狀態(tài)指示。啟動轉(zhuǎn)換時若 A0=1，則 AD574按 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 10μs；若 A0=0，則按 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 25μs，與 12/8 的狀態(tài)無關(guān)。 12/8 不能用 TTL 電平控制，必須用 +5V或數(shù)字地控制。 12/8 ：數(shù)據(jù)格式選擇端。 CS：片選線，低電平有效。數(shù)字部分由控制邏輯、逐次逼近寄存器和三態(tài)輸出緩沖器構(gòu)成，控制邏輯發(fā)出啟 /停及復(fù)位信號，控制轉(zhuǎn)換過程。有著廣泛的應(yīng)用場合。溫度的調(diào)節(jié)范圍為20℃ ～ 40℃ ，十進制分度為 200，非線性誤差小于 177。 本系統(tǒng) 的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路選取逐次逼近型 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574，并用一片 8 位 D鎖存器 74LS373 構(gòu) 成系統(tǒng)控制寄存器，進行數(shù)據(jù)采集。如表 4 所示。 根據(jù) 本設(shè)計的系統(tǒng) 被采集信號的數(shù)量、特性（類型、帶寬、動態(tài)范圍等）、精度和轉(zhuǎn)換速度的要求、各路模擬信號之間相位差的要求和工作環(huán)境要求等實際情況，使之既在系統(tǒng)性能上達到或超過預(yù)期的指標(biāo)，又造價低廉。 多路模擬通道共享采樣 /保持器的 通道是采 用分時轉(zhuǎn)換工作方式。 目前，常見的系統(tǒng) A/D 通道方案有以下幾種。 因此，本設(shè)計的系統(tǒng)根據(jù)對采集精度的要求可以配置不同的CH的， 圖 6 為 AD582 的連接圖。當(dāng)精度要求不高 (177。因此，本設(shè)計的系統(tǒng)可處理的最高輸入信號頻率應(yīng)為式25 所示。 K H ztf APn 12 1 91121m a x ?????? ??? ? (24) 由（ 24）式可見，本設(shè)計的系統(tǒng)能對頻率不高于 的信號進行采樣，使系統(tǒng)可采集的信號頻率提高了許多倍，大大改善了系統(tǒng)的采樣頻率。 （ 6） 具有差動的邏輯輸入端 +IN 和 IN，利用差動的邏輯輸入端 +IN 和 IN，可以由任意的邏輯 電平控制其開關(guān)。 （ 3） 在采樣和保持模式時有較高的輸入阻抗，約 30 兆歐姆 。 （ 1） 有較短的信號捕捉時間 ，最短達到 6μs。 AD582 是美國 Analog Devices 公司生產(chǎn)的通用型采樣保持器。且是溫度的函數(shù)。 表 3 采樣 /保持器的誤差估算 誤差源 性 能 誤 差 采集誤差 額定采集時間相應(yīng)的誤差 % 增益誤差 增益誤差溫度系數(shù)為 15106/℃ ，溫度變化為 177。所 謂價格較低，是指采集時間為 4μs 時，采集誤差即 處于 輸入值到終值 %的誤差帶內(nèi)；采集時間為 5μs～ 25μs 時，則采集誤差為 %。采用高輸入阻抗的運算放大器，選擇優(yōu)質(zhì)電容如緝、聚四氟乙烯電容作保持電容以及選用漏電流小的模擬開關(guān)等措施，可以減少保持電壓的變化。它包括模擬開關(guān)的導(dǎo)通延時時間和建立跟蹤的穩(wěn)定時間，顯然，采樣周期必須大于捕捉時間，才能保證采樣階段充分地采集到輸入的模擬信號 UI。此時采 樣 /保持 電路的輸出重新跟隨輸入模擬信號的變化，直到下一個保持命令發(fā)生時為止。當(dāng)控制信號 UC為保持電平時，開關(guān) S 斷開，此時輸出電壓 Uo 保持模擬開關(guān) S 斷開時的瞬時值。能完成上述任務(wù)的器件叫采樣 /保持電路，簡稱采 /保器（ S/H）。 表 2 增益表 增益值 RG 1 兆歐姆 1 100 千歐姆 10 10 千歐姆 100 1 千歐姆 1000 100 歐姆 采樣 /保持電路 由于模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量有一個過程，這個動態(tài)模擬信號在轉(zhuǎn)換過程中是不確定的，從而引起轉(zhuǎn)換器輸出的不確定性誤差，直接影響轉(zhuǎn)換精度。15%時，可以得到比較穩(wěn)定的放大倍數(shù)。引腳 OFFSET(4， 6)用于調(diào)整放大器零點，調(diào)整線路是芯片 4， 6 接到 10 千 歐姆 電位器的兩個固定端，電位器滑動端接負電源 U(腳 5)。此外， AD521 與大多數(shù)由單個運放組成的儀用放大器的不同點是： IX1 △=△VO/RS BG4 BG3 BG1 BG2 2I 2I 鏡 象 電 流 源 U+ U 敏感端 輸出端 IVI/RG I+VI/RG RG VI/RG=△I RS IX2 I I 基準(zhǔn)端 VI 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 （ 1） 不需要采用精密匹配的外接電阻 。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 2 AD521 簡化 原理圖 工作原理：差分輸入電壓 VI加在外接電阻 RG兩端，在 RG上產(chǎn)生的不平衡電流 ΔI=VI /RG；流過晶體管 BG1和 BG2，由于晶體管 BG3和 BG4為鏡象電流源所偏置，迫使流過BG3和 BG4集電極的電流相等。 前置放大電路 傳感器檢測出的信號一般是微弱的，不能直接用于顯示、記錄、控制或進行 A/D 轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計的系統(tǒng)中，只需要設(shè)計定時器，實 現(xiàn) 400181。這就要求控制器具有嚴(yán)格的定時機制。影響測量結(jié)果 的準(zhǔn)確性。 CD4051 有 1 個公共輸出端，當(dāng)該輸入端為高電平時，不 論數(shù)據(jù)輸入端和 輸出 端如何變化，在內(nèi)部的 8 個模擬開關(guān)均為關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)用作多到一開關(guān)使用時為輸入線，當(dāng)用作一到多開關(guān)使用時為輸出線。 INH：禁止控制端。單極性信號輸入時， VEE和 VDD分別接地和正電壓，雙極性輸入時， VEE和 VDD分別接負電壓和正電壓。 2. 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) CD4051 CD4051 由電平轉(zhuǎn)換電路、譯碼驅(qū)動電路和 CMOS 模擬開關(guān)電路三部分組成。在確定多路開關(guān)的通過率時，要跟據(jù)系統(tǒng)的采樣速率來考慮。 （ 2）多路開關(guān)的漏電流在信號源阻抗上產(chǎn)生偏移電壓，而漏電流與工作溫度關(guān)系很大。 （ 1）多路開關(guān)導(dǎo)通電阻加上信號源阻抗與負載阻抗構(gòu)成了分壓器。 多路開關(guān)的主要參數(shù)是精度和速度。 模擬多路開關(guān)中，不可避免導(dǎo)通電阻 RON的存在。 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) 1. 多路開關(guān)的選擇 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)在模擬輸入通道中的作用是實現(xiàn)多選一操作，即利用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)將多路輸入中的一路接至后續(xù)電路。 （ 4）硬件和單片機的連接部分 該部分用來將傳感器輸出的數(shù)字信號進行整形或電平調(diào)整，然后再傳給單片機。要防止這種誤差的產(chǎn)生，必須在 A/D 轉(zhuǎn)換開始時將輸入信號的電平保持住，而在 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后又要跟蹤輸入信號的變化。為了充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率（ A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字位數(shù)），就要把模擬輸入信號放大到與 A/D 轉(zhuǎn)換器滿量程電壓相應(yīng)得電平值。 一般模擬多路開關(guān)有 2N 個模擬輸入端， N 個通道選擇端，由 N 個選通信號控制選擇其中一個開關(guān)閉合，使對應(yīng)的模擬輸入端與多路開關(guān)的輸出端接通，讓該路模擬信號通過。根據(jù)課題設(shè)計任務(wù)的要求，結(jié)合軟件的設(shè)計，選擇合適的電路元件，設(shè)計合理的接口電路以便能夠高效率、穩(wěn)定合理、方便的 實現(xiàn) 多路數(shù)據(jù)采集。硬件設(shè)計主要完成多路數(shù)據(jù)采集整個硬件電路及 I/O 接口的設(shè)計：包括 模擬 多路開關(guān) 電路 、運算放大 電路 、采樣保持 電路 、模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路 、 硬件和 單片機 的連接電路、 數(shù)模轉(zhuǎn)換 電路 、轉(zhuǎn)換開關(guān)保護電路等組成；軟件設(shè)計主要完成控制整個系統(tǒng)的應(yīng)用程序與調(diào)試。 （ 3）硬件和單片機的連接電路。從 而達到采集數(shù)據(jù)，監(jiān)控，濾波等目的。 本設(shè)計采用單片機作為控制來構(gòu)成多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并完成了軟硬件的設(shè)計。多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常采用的方法有 ， 用微機控制 ， 微機在工業(yè)領(lǐng)域中的一個主要應(yīng)用就是與原有設(shè)備相結(jié)合 ， 構(gòu)成新的數(shù)字化、智能化的測控系統(tǒng) ， 從而提高原有設(shè)備的性能，但微機設(shè)備復(fù)雜、 成本較高，使得微機控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)難度、成本都相應(yīng)的提高，從而制約了微機在數(shù)據(jù)采集這方面的應(yīng)用。 the same time There may be many problems have not been found, giving hope that teachers and students. Keywords: data acquisition。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括編譯器的選擇，各部分的流程圖以及程序 的設(shè)計。采樣保持電路的設(shè)計中重點介紹了采樣保持電路的原理和主要參數(shù)以及采樣保持器的選擇和連接電路。 畢 業(yè) 設(shè) 計（ 論 文 ） 題目 單片機控制的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 信息與電氣工程學(xué)院 院 通信工程 系（教研室） 系（教研室）主任 : （簽名） 年 月 日 1 設(shè)計（論文）題目及專題： 單片機控制的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 2 學(xué)生設(shè)計（論文）時間：自 2021 年 2 月 20 日開始至 2021 年 6月 5 日止 3 設(shè)計（論文）所用資源和參考資料： （ 1） 單片機原理與實用技術(shù) （ 2） Bernard Rose. Analog to Digital and Digital to Analog Conversion （ 3） 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù) 4 設(shè)計（論文）應(yīng)完成的主要內(nèi)容： （ 1）介紹多路數(shù)據(jù)采集的發(fā)展歷史、現(xiàn)況及將來的發(fā)展趨勢 （ 2） 簡介單片機的原理、作用