【正文】 Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y777 4 L S 1 3 82317 4 L S 0 25647 4 L S 0 22 1 M S B21A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT62 58E O C7O UT P UT E NA B L E9CLO C K10V C C112 220G ND132 7142 6152 8 L S B172 4182 319I N228I N127I N026A L E22A DC 0 8 0 9127 4 L S 0 4D2Q5CL K3Q6S4R17 4 L S 7 41uF5 1 k3 0 p F3 0 p F1 2 M H z1k 圖 26 ADC0809 與單片機接法 設計 ADC0809 與單片機的接口時，主要解決一下幾個問題： (1)8路模擬信號通道選擇 A、 B、 C 分別接地，以提供的低 3 位地址，如使 ALE=1，并將三位地址寫入 ADC0809的通道地址鎖存器并譯碼，就實現(xiàn)了模擬通道的選擇。這個信號可用作中斷申請。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復位，下降沿啟動 A/D轉換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉換正在進行。 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 11 ADC0809 與單片機的接口和工作 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。也可以單獨使用。此時，如果計算機發(fā)出一輸入允許命令（ OE呈高電平），則可讀出數(shù)據(jù)。此時，轉換結束信號 EOC呈低電平狀態(tài)。 ADC0809 的時序邏輯 圖 25 ADC0809時序邏輯 如圖 25所示，啟動脈沖 START 和地址鎖存允許脈沖 ALE 的上升沿將地址送上地址總線，模擬量經 C、 B、 A選擇開關所指定的通道送到 A/D 轉換器。 轉換的啟動：進行轉換時，要由外部發(fā)出啟動信號。這些操作是靠執(zhí)行對不同端口地址的讀 /寫命令來完成的。也是暫存，所以 A/D 轉換器一般不需要數(shù)據(jù)鎖存器了。 A/D 轉換器一般總是和取樣保持電路一起使用，如 LF398 采樣保持器：單片的模擬集福州大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 10 成電路。 OE 為低電平時， D0～ D7 為高阻狀態(tài)， OE 為高電平時，允許轉換結果輸出。在START 上升沿時，所有的內部寄存器清零，在下降沿時，開始進行 A/D 轉換，此期間 START應保持低電平。 ADC0809 使用＋ 5V單一電源供電。 ADC0809 的參考電壓為＋ 5V。 ADC0809 的典型時鐘頻率為 640kHz，轉 換時間約為 100μs 。 OE：輸出允許端。 EOC：轉換結束信號輸出端。從 START 端輸入一個正脈沖，其下降沿啟動 ADC0809 開始轉換。該信號在上升沿處把 A、 B、 C 的狀態(tài)鎖存到內部的多路開關的地址鎖存器中，從而選通 8路模擬信號中的某一路。當 CBA=000 時， IN0輸入；當 CBA=111 時， IN7 輸入。三態(tài)輸出， D7 是最高位， D0 是最低位 。可輸入 0～ 5V待轉換的模擬電壓。典型時鐘頻率為 640kHz ② 引腳排列及各引腳的功能，引腳排列如圖 24 所示。其內部結構如圖 23所示 ： 福州大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 8 圖 23 ADC0809內部結構 ① .ADC0809 主要性能 ? 逐次比較型 ? CMOS 工藝制造 ? 單電源供電 ? 無需零點和滿刻度調整 ? 具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與 TTL 兼容 ? 易與各種微控制器接口 ? 具有鎖存控制的 8 路模擬開關 ? 分辨率： 8位 ? 功耗： 15mW ? 最大不可調誤差小于 177。 ADC0809 八 位逐次逼近式 A／ D 轉換器是一種單片 CMOS 器件，包括 8 位模擬轉換器、8 通道轉換開關和與微處理器兼容的控制邏輯。 以上為 A/D轉換的一般步驟，在本電路中由 ADC0809 芯片完成。 (4)量化與編碼 模擬信號經采樣 保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號在給定時刻上的瞬時值，并不是數(shù)字信號。 (3)采樣 定理 為了能不失真的恢復原模擬信號，采樣頻率應不小于輸入模擬信號的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，即 s Imax2ff? () 由于 A/D 轉換需要一定的時間，所以在每次采樣結束后，應保持采樣電壓在一段時間內不變，直到下一次采樣的開始。 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 7 8位 A/D 轉換器，其精度為 ： 8 %2? ? () 輸入為 0～ 5V 時，分辨率為 ： 85 0 . 0 1 9 6 1 9 . 6 m v1122FsN Vv ? ? ??? () Fsv— A/D 轉換器的滿量程值 ； N — ADC 的二進制位數(shù) 量化誤差為 ： 8 5 0 . 0 0 9 8 9 . 8 m v( 1 ) 2 ( 1 ) 222FsNQVv? ? ? ?? ? ? ? () ADC0809 是 TI 公司生產的 8位逐次逼近式模數(shù)轉換器，包括一個 8位的逼近型的 ADC部 分，并提供一個 8通道的模擬多路開關和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設計提供了很大的方便 [7]。由于本系統(tǒng)的控制時間允許，可選 8位逐次比較式 A/D 轉換器。 A/D 轉換器型號不同，轉換速度差別很大。同樣，設備的干擾也可以通過電源線傳到電網上，對網上其它設備造成干擾，因此必須進行電源的去耦，可以用一個 10uf 和 的電容連接成電源去耦電路。 電源線是電磁干擾傳入設備和傳出設備主要途徑。電場和磁場的變化也會在有關電路中感應出干擾電壓。因此不僅僅是將信號放大就可以了，還需要對放大的信號進行調理。 測量過程中，除了待測量的信號外，各種不可見的、隨機的信號可能出現(xiàn)在測量系統(tǒng)中。 由于 A/D 轉換用到的是 ADC0809 的模數(shù)轉換，是 8 位的精度。 圖 21 AD620 內部放大電路 其增益為： G KG1R1GKG?????? () 由此我們可以計算出所需要的 RG值。 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 5 AD620 儀表放大電路是由三個放大器所共同組成的，其中的電阻 R和 Rx需要在放大器的電阻適用范圍內（ 1 10 千歐）。經過比較，選用的是儀表放大器 AD620。信號調理需要涉及到多種其他的電路，如儀表放大器，可編程增益放大器，隔離放大器和信號調理器。 3%） 輸入 /輸出阻抗 350Ω177。 規(guī)格： 規(guī)格容量 100N— 20KN 規(guī)格輸出電壓 2mV/V177。 傳感器說明：這是一款小型且高精度，高出力的拉壓兩用型傳感器；拉壓是兩方處理誤差小，信賴度高，范圍由 100N 到 20KN 等可供選擇，且廣泛十堰材料試驗和汽車零組件的性能試驗等工業(yè)計劃。 福州大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 4 第 2 章 硬件設計 信號采集 載荷傳感器 LRK 原理：該傳感器主要是應用橋式應變片的原理，通過施加的載荷的大小，引起應變片的反應，從而輸出相應的電壓值，進而通過測量電壓并轉化為載荷，從而可測得所施加的力的大小 [2][3]。 （ 2） A/D 轉換： A/D 轉換的重點是其轉換的精度和轉換的速度，由于 ADC0809 的轉換速度是已知的，可從 ADC0809 的中文資料上找到，而轉換的精度是根據(jù) A/D 的位數(shù)決定，ADC0809 的轉換精度為 20mv。 傳感器測量 信號調理、放大 A/D 轉換系統(tǒng) 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 3 單片機控制 串行發(fā)送 虛擬軟件 LabVIEW 分析 測試分析系統(tǒng)結構 難點與重點 （ 1) 微弱信號的處理：一般應變片傳感器輸出的信號都是比較微弱的，都需要先進行信號的放大，本設計中的載荷傳感器 LRK 所輸出的信號只有幾微伏，很容易被其他的噪聲或者是無用的信號干擾，從而不能準確的測量，嚴重的甚至不能測出真實的信號，所以，對于這類的微軟的信號可以采用高共模抑制比的儀 表放大器（可用一般的高精度的 AD620）來進行放大。 因此，跟隨著科學技術的步伐走，虛擬儀器的使用將會在未來大放異彩，而 LabVIEW作為虛擬技術的一款重要的軟件，將會越來越自動化，在未來的測試、測量和自動化領域，將會處于領先的地位。 由于 RS232 在微機通信接口中廣泛采用，技術已相當成熟。另外，就是對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以便于檢索；或者把數(shù)據(jù)恢復成原來物理量的形式，以可輸出的形態(tài)在輸出設備上輸出，例如打印，顯示，繪圖等。數(shù)據(jù)存儲與管理要用存儲器把采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，建立相應的數(shù)據(jù)庫，并進行管理和調用。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入通道，數(shù)據(jù)存儲與管理，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)輸出及顯示這五個部分組成。數(shù)據(jù)通信是計算機廣泛應用的必然產物。總之，不論在哪個應用領域中，數(shù)據(jù)采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經濟效益。 隨著 科學技術 的 快速 發(fā)展，數(shù)據(jù)采集勢必將得到越來越多的應用，為適應這一趨勢，作這方面的研究就顯得十分重要。 在一些重要的設備上， 往往需要隨時檢測各生產環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。而以單片機為核心的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)雖然硬件成本較低 ,但開發(fā)過程較為復雜 ,編程工作量較大 ,周期長 ,效率低，如果將以單片機為核 心的小系統(tǒng)作為前端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,通過 LabVIEW 提供的串口子 VI 將采集到的數(shù)據(jù)傳送到 PC 主系統(tǒng) ,在 LabVIEW 環(huán)境下對數(shù)據(jù)進行處理與分析 ,既充分利用了 LabVIEW 的強大功能 ,又降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本 ,提高了效率 ,這不失為擴展LabVIEW 應用范圍的一個途徑。因此 ,采用 LabVIEW 開發(fā)虛擬儀器比采用傳統(tǒng)的文本式語言更具有優(yōu)勢。它是一種用圖標代碼來代替文本式編 程語言創(chuàng)建應用程序的開發(fā)工具。成為一款優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺 ,虛擬儀器在發(fā)達國家十分普及，已經廣泛應用到電子測量、礦物勘探、故障診斷及振動分析等各項教育科研領域。虛擬儀器的開發(fā)平臺是虛擬儀器的精髓、而 LabVIEW 以其直觀、簡便的編程方式。 虛擬儀器的概念由美國 NI公司于 2O世紀 80年代中期提出的 [1]，這一概念的核心是以計算機為虛擬儀器的硬件支撐，結合計算機的圖形處理與運算、存儲、顯示及文件管理等智能式功能，用戶根據(jù)實際需要自行設計、自行定義符合需求的虛擬儀器面板，通過友好的圖形界面來控制振動信號的采集、分析處理及打印等。 本設計主要是在實驗室不斷地調試過程中得出需要的合理數(shù)據(jù)， 由于軟件控制方便，操作簡單，不占用空間，經過 一系列的測試與實驗，證明了該測試系統(tǒng)具有智能化、可靠性高、實時性強等優(yōu)點，可以勝任材料測試系統(tǒng) — 載荷測量的測試。 在設計中先是用載荷傳感器 LRK來采集拉力大小的信號，并由電橋輸 出，通過儀表放大器放大微弱的電橋模擬輸出的電壓信號，將調理過的信號送入 ADC0809進行模擬量和數(shù)字量的轉換，再利用 MCS51單片機的 TXD串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，最后進行電平轉換后，由計算機上的 LabVIEW接收，并實時的顯示載荷的大小和載荷波形曲線?；?LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 1 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 摘要 LabVIEW是 NI公司開發(fā)的圖形化編程開發(fā)平臺 ,具備強大的實時數(shù)據(jù)處理功能與顯示功能 .但是由于 LabVIEW的數(shù)據(jù)采集卡價格非常昂貴，所以本設計以 LabVIEW為軟件設計的核心， 以模 /數(shù)轉換器 ADC0809和 單片機 AT89C51為 硬件設計的 核心 來設計這個材料測試測量系統(tǒng)的。整個測試測量 系統(tǒng) 由四個部分組成 ： 信號 采集， 信號放大調理， 數(shù)據(jù) 轉換、傳送，計算機上 La