【正文】 ADS7835工作模式 20 20 SPI和QSP通信模式簡介 22 6N137芯片概述 22 6N137的結(jié)構(gòu) 22第4章 硬件電路設(shè)計(jì) 24 24 前置電路的設(shè)計(jì) 24 24 A/D轉(zhuǎn)換隔離電路設(shè)計(jì) 25 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 26 外設(shè)電路設(shè)計(jì) 27 總電路設(shè)計(jì) 27 總設(shè)計(jì)電路 27 各元件功能簡述 29 29第5章 軟件設(shè)計(jì) 30 30 30 30 32 SPI通信程序設(shè)計(jì) 32 總程序 35第6章 設(shè)計(jì)總結(jié) 40 40 40 設(shè)計(jì)心得 41致 謝 42參考文獻(xiàn) 43附 錄 44第1章 緒論作為一個(gè)整體而言，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展將受到多方面方面的影響。測量技術(shù)在其發(fā)展過程中，會(huì)不斷產(chǎn)生新的測量需求，對測量數(shù)據(jù)的多樣性及準(zhǔn)確性的要求也正在逐步提高。在21世紀(jì)，傳感器在多功能性和智能性方向的發(fā)展仍將對測量技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。網(wǎng)絡(luò)化測量和(對網(wǎng)中儀器設(shè)備的)控制技術(shù)正隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而迅速發(fā)展，其優(yōu)勢令人矚目?，F(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展對測量技術(shù)不斷提出了新要求。(2)從當(dāng)前世界自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢看，現(xiàn)代控制技術(shù)趨于全程化。這意味著過程控制系統(tǒng)將提供工廠設(shè)備在其生產(chǎn)周期內(nèi)的完整數(shù)據(jù)，以保證對每日的操作運(yùn)行的優(yōu)化。(遺傳算法和小波分析)對生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行測量，以提高控制精度，保證品質(zhì)。今天，除了復(fù)雜生產(chǎn)過程仍然是人們研究應(yīng)用的重要對象以外，現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程、管理過程以及企業(yè)間的資源分配和優(yōu)化，如現(xiàn)代物流供需鏈管理、電子商務(wù)等。可見，現(xiàn)代控制技術(shù)對計(jì)量測試技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。簡而言之，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展離不開測量技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化測量和控制是其發(fā)展的必然趨勢。模擬通道N模擬通道一模擬通道二多路開關(guān)程控放大定時(shí)與控制邏輯計(jì)算機(jī)A/D轉(zhuǎn)換。上圖假設(shè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對多路模擬量進(jìn)行采集。程控放大器的作用是對模擬輸入信號進(jìn)行調(diào)理，以便充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍。一般通用多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各通道的模擬信號電壓可能有較大差異，因此最好是對各通道采用不同的放大倍數(shù)進(jìn)行放大，即放大器的放大倍數(shù)可以實(shí)時(shí)控制改變。A/D轉(zhuǎn)換器高速緩存計(jì)算機(jī)定時(shí)控制邏輯AdataBdata。對于這類高速A/ D變換器，輸出一般分兩路輸出，交替給出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)以降低速率。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。在科學(xué)研究中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來實(shí)現(xiàn)對研究目標(biāo)的定量分析和動(dòng)態(tài)模擬。隨著數(shù)字硬件的開發(fā)和制造技術(shù)的發(fā)展，越來越多的傳統(tǒng)模擬設(shè)備和系統(tǒng)被數(shù)字硬件和軟件所代替。數(shù)字化處理使處理精度提高，并且為處理提供了更大的靈活性。便于對信息進(jìn)行加密，從而提高信息的安全性。在實(shí)際應(yīng)用中，對數(shù)字采集系統(tǒng)的主要要求是速度和精度。應(yīng)用于現(xiàn)代雷達(dá)數(shù)字信號處理技術(shù)和軟件無線電技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采樣率可高達(dá)幾百M(fèi)SPSC (megasymbols per second兆符號/秒)。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè),工業(yè),等許多行業(yè)中,溫室得到了大量的應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)對其中環(huán)境控制之前,必須得到精確的環(huán)境采集量。對較早溫室控制系統(tǒng)而言,數(shù)據(jù)采集都采用獨(dú)立的人工的對溫度,濕度,和光度實(shí)施采集。而對現(xiàn)代電子技術(shù)不斷發(fā)展, 電子、電腦技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)和生活之中,特別的單片機(jī)系統(tǒng)不斷的應(yīng)用,使的各種生產(chǎn)生活更加智能化,便捷化。*采用12位A/D采樣。*提供自校準(zhǔn)功能。 *直接通過USB接入PC機(jī)聯(lián)機(jī)操作，便于數(shù)據(jù)傳送分析。第2章 總體方案和原則根據(jù)當(dāng)前技術(shù)狀況和發(fā)展趨勢，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)應(yīng)立足于最先進(jìn)并且成熟的主流產(chǎn)品和主流技術(shù)上，在技術(shù)開放和高度集成的基礎(chǔ)上，進(jìn)行高層次的應(yīng)用開發(fā)，在系統(tǒng)建設(shè)主導(dǎo)思想的指引下，使系統(tǒng)簡單易用、易維護(hù)、易擴(kuò)展并且高度安全可靠。采集速率越高，就意味著在相同采集時(shí)間段內(nèi)和相同的采樣點(diǎn)上，得到更多的采樣值，在分析處理測量數(shù)據(jù)時(shí)，能最大程度精確地繪制化學(xué)信號的某種漸變過程:對于采集精度來說，越高就表示在被測物體上采樣的位置更多，越能更全面的反映物體在不同科學(xué)測量實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的性狀。數(shù)據(jù)采集過程實(shí)時(shí)性原則:在啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化過程后，要求能夠?qū)崟r(shí)顯示采集數(shù)據(jù)。能夠?qū)崟r(shí)的記錄每一幀的采集數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上考慮未來資源種類和屬性的增加，留下充裕的擴(kuò)展余地，具有良好的可擴(kuò)展性和靈活性，以適應(yīng)設(shè)施的迅猛發(fā)展趨勢，滿足當(dāng)前及未來資源管理的需求。采集系統(tǒng)從功能上主要由三部分組成，即A/D,隔離放大、單片機(jī)控制器。系統(tǒng)分析及總體設(shè)計(jì)方案主電路包括A/D采樣、單片機(jī)控制/存儲(chǔ)電路、與PC的接口，考慮到可能脫機(jī)測試數(shù)據(jù)，應(yīng)包括用戶鍵盤及顯示接口。A/D隔離放大部分負(fù)責(zé)完成A/D采樣控制及信號放大與隔離，主控電路完成與PC機(jī)的通訊、用戶界面控制等一系列控制功能。模擬輸入A模擬輸入B模擬輸入C放大放大放大A/D采樣A/D采樣A/D采樣隔離隔離隔離單片機(jī)控制器顯示USB接口PC機(jī)接口CHACHBCHC鍵盤此次所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的A/D隔離放大系統(tǒng)有兩大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，用一塊A/D控制采集一路的化學(xué)信號，可以達(dá)到很高的采集速率。溫度傳感器通過感受環(huán)境溫度變化，把溫度通過模擬的電信號表示，由于模擬信號比較弱，溫度模擬電信號再通過放大模塊，對溫度電信號進(jìn)行放大加強(qiáng)。數(shù)字溫度信號在通過單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)其譯碼，把數(shù)字信號表示成相應(yīng)的物理量，通過顯示電路進(jìn)行外部顯示，同時(shí)也通過儲(chǔ)存電路把數(shù)字部分進(jìn)行采集儲(chǔ)存。在各自經(jīng)過的A/D采樣，通過不同的量化度和編碼，轉(zhuǎn)變成了數(shù)字濕度和光度信號。三路信號處理過程是相同的，只是采用了不同采集傳感器，不同的A/D采樣量化度和編碼形式。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，Atmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。為了獲得最高的性能以及并行性，AVR采用了Harvard結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。CPU在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指令(在本文稱為預(yù)取)。程序存儲(chǔ)器是可以在線編程的FLASH. 快速訪問寄存器文件包括32個(gè)8位通用工作寄存器，訪問時(shí)間為一個(gè)時(shí)鐘周期。在典型的ALU操作中，兩個(gè)位于寄存器文件中的操作數(shù)同時(shí)被訪問，然后執(zhí)行運(yùn)算，結(jié)果再被送回到寄存器文件?？刂萍拇嫫魑挥贗/O空間，狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。各個(gè)中斷的優(yōu)先級與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級越高。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0x200x5F。支持JTAG端口仿真和編程，仿真效果比傳統(tǒng)仿真同更真實(shí)有效。16K字節(jié)的FLASH存貯器，支持 ISP、IAP編程，使系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、維護(hù)更容易。512字節(jié)的EEPROM存貯器，可以在系統(tǒng)掉電時(shí)保存您的重要數(shù)據(jù)。2個(gè)8 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，帶捕捉、比較功能，有四個(gè)通道的PWM，2個(gè)硬件USART、SPI和基于字節(jié)處理的IC接口。每個(gè)I/O口可負(fù)載40mA的電流，總電流不超過200mA。內(nèi)置模擬量比較器。內(nèi)置上電復(fù)位電路和可編程低電壓檢測（BOD）復(fù)位電路。工作頻率08MHZ；，工作頻率016MHZ。與其它8位單片機(jī)相比，有更高的程序安全性，保護(hù)您的知識產(chǎn)權(quán)。*GND地。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。端口 A 的第二功能:PA6 ADC6 (ADC 輸入通道6)PA5 ADC5 (ADC 輸入通道5)PA4 ADC4 (ADC 輸入通道4)PA3 ADC3 (ADC 輸入通道3)PA2 ADC2 (ADC 輸入通道2)PA1 ADC1 (ADC 輸入通道1)*端口B(PB7..PB0) 端口B為8 位雙向I/O口，具有PA7 ADC7 (ADC 輸入通道7)PA0 ADC0 (ADC 輸入通道0)可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。端口B的第二功能:PB7 SCK (SPI總線的串行時(shí)鐘)PB6 MISO (SPI總線的主機(jī)輸入/從機(jī)輸出信號)PB5 MOSI (SPI總線的主機(jī)輸出/從機(jī)輸入信號)PB4 SS (SPI從機(jī)選擇引腳)PB3 AIN1 (模擬比較負(fù)輸入)OC0 (T/C0輸出比較匹配輸出)PB2 AIN0 (模擬比較正輸入)INT2 (外部中斷2 輸入)PB1 T1 (T/C1外部計(jì)數(shù)器輸入)PB0 T0 (T/C0外部計(jì)數(shù)器輸入)XCK (USART 外部時(shí)鐘輸入/ 輸出)*端口C(PC7..PC0) 端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口 C 的第二功能:PC7 TOSC2 (定時(shí)振蕩器引腳2)PC6 TOSC1 (定時(shí)振蕩器引腳1)PC5 TDI (JTAG 測試數(shù)據(jù)輸入)PC4 TDO (JTAG 測試數(shù)據(jù)輸出)PC3 TMS (JTAG 測試模式選擇)PC2 TCK (JTAG 測試時(shí)鐘)PC1 SDA (兩線串行總線數(shù)據(jù)輸入/輸出線)PC0 SCL (兩線串行總線時(shí)鐘線)*端口D(PD7..PD0) 端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。端口D的第二功能:PD7 OC2 (T/C2輸出比較匹配輸出)PD6 ICP1 (T/C1輸入捕捉引腳)PD5 OC1A (T/C1輸出比較A匹配輸出)PD4 OC1B (T/C1輸出比較B匹配輸出 )PD3 INT1 (外部中斷1的輸入)PD2 INT0 (外部中斷0的輸入)PD1 TXD (USART輸出引腳)PD0 RXD (USART輸入引腳)RESET復(fù)位輸入引腳,持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。AVCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。使用ADC時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC 連接。 AD620芯片概述 AD620的結(jié)構(gòu) AD620的介紹AD620是在傳統(tǒng)的三運(yùn)放組合方式改進(jìn)的基礎(chǔ)上研制的單片儀用放大器，是一種只用一個(gè)外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為110000的低功耗、高精度儀表放大器。AD620具有很好的直流特性和交流特性，它的最大輸入失調(diào)電壓為50uV，最大輸入失調(diào)電壓漂移為1PV/℃。增益G=1時(shí)它的增益帶寬為120kHz，建立時(shí)間為15us。采用差分模擬輸入對共模噪聲有很好的抑制作用。通過QAR，環(huán)路和Q2A2R2環(huán)路的反饋，保持了2集電極電流為常量，所以輸入電壓相當(dāng)于加在外接電阻Rg的兩端，從輸入到A1/A2輸出的差分放大倍數(shù)為G=( R1+ R2 )/Rg+1。Rg的值還確定了前級運(yùn)放的跨導(dǎo)。由CZ和前置運(yùn)放跨導(dǎo)確定的增益帶寬乘積增加，因此頻率響應(yīng)得到改善。 AD620的封裝及特點(diǎn)（1）AD620引角功能:*8跨接電阻調(diào)節(jié)放大倍率；*7接需提供正負(fù)相等的工作電壓；*由 3接腳輸入的放大的電壓值；*6接腳輸出的放大電壓值，腳5接是參考基準(zhǔn)，如果接地，則腳6的輸出為與地之間的相對電壓。 ADS7835芯片概述 ADS7835結(jié)構(gòu)ads7835的是12位,采樣模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，完成與采樣保持,并同步串行接口. . 該裝置可置于功率下降模式, .內(nèi)部可參考o(jì)verdriven外部電壓. 低功率,體積小,速度快,使ads7835適合電池操作的系統(tǒng),如無線通訊裝置,portable multichannel data loggers ,頻譜分析器. 串行接口也提供低成本的隔離遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集,并保證在40℃至85℃溫度范圍。*5腳 CONV數(shù)據(jù)輸出允許； （2）ADS7835特性：*500kHz的處理速率；*正負(fù)2. 5V的內(nèi)部參考電壓，亦可接入更高的外部參考電壓；*低功率:；*可設(shè)置低功率模式工作，；*單端輸入電壓5V；*同步:串行接口；*無誤碼；*工作溫度范圍可達(dá)40℃－+85℃ 。 ADS7835時(shí)間標(biāo)示表時(shí)間標(biāo) 示說明最小 時(shí) 間典型 時(shí) 間最 大 時(shí) 間tacp采樣時(shí)間350nstconv轉(zhuǎn)換時(shí)間tckp時(shí)鐘周期125ns500nsTck1時(shí)鐘底半周期50nstckh時(shí)鐘高半周期50nstckdh下降沿對現(xiàn)行傳輸數(shù)據(jù)無效時(shí)間5ns15nstckds下降沿對下一組傳輸數(shù)據(jù)有效時(shí)間30ns50nsTcv1CONV腳底電平時(shí)間40nstcvhCONV腳高電平時(shí)間40nstckchCLK下降沿CONV腳保持時(shí)間10nstckcsCLK下降沿CONV腳置位時(shí)間10nstckdeCLK下降沿到數(shù)據(jù)有效時(shí)間20ns50nstckddCLK下降沿到數(shù)據(jù)高阻時(shí)間70ns100nstckspCLK下降沿到采樣時(shí)間5nstckpdCLK下降沿到省電模式時(shí)間50nstcvhdCONV下降沿到采樣有效時(shí)間5ns