【正文】 “變步長采樣”。由于波形可以重復(fù)取得．因此采樣可以用較慢的速度進行，采集的樣本可以是時序的（步進、步退、差額），也可以是隨機的。評價智能儀表數(shù)據(jù)采集部分的 主要技術(shù)指標(biāo)有分辨率、精度、輸人信號形式和信號電平、采集速度，抗干擾能力，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)被測變量的信號特性，儀表的整機技術(shù)要求，確定這些指標(biāo)的具體數(shù)值。由于輸入信號變化的速度不同，系統(tǒng)對分辨率、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同。早期的采樣保持電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路需要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計人員自行設(shè)計，目前普遍采用單片集成電路，有的單片 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部包括有采樣保持電路、基準(zhǔn)電源和接口電路，這為系統(tǒng) 設(shè)計提供了較大方便。使用串行輸出結(jié)果的方式對長距離傳輸和需要光電隔離的場合較為有利。以進一步用于處理、顯示、記錄、查詢和傳輸。這個多位數(shù)是二進制分數(shù)，代表這個未知輸入電壓 Vex與 ADC的滿刻度電壓 ， ADC是微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的性 能往往直接影響整個系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。 單片機系統(tǒng)是整個計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。單片機還需要把數(shù)據(jù)分析和處理之后的結(jié)果寫入存儲器以備將來分析和使用，通常還需要把結(jié)果顯示出來。為了得到機器時間，本系統(tǒng)采用了 DS12887芯片得到需要的機器時間。從鍵盤發(fā)出指令，進入不同的模式，實現(xiàn)不同的功能。顯示裝置的主要作用就是使人們了解檢測數(shù)值的大小或變化的過程。 ( l ）模擬顯示是利用指針對標(biāo)尺的相對位置來表示被測量數(shù)值的大小，如毫伏表、毫安表等，其特點是讀數(shù)方便、直觀，結(jié)構(gòu)簡單，價 格低廉，在檢測系統(tǒng)中一直被大量使用。 ( 2 ）數(shù)字顯示是指用數(shù)字形式來顯示測量值，目前大多采用 LED 發(fā)光數(shù)碼管或液晶顯示屏等，如數(shù)字電壓表。 ( 3 ）圖像顯示是指用屏幕顯示（ CRT ）讀數(shù)或被測參數(shù)變化的曲線，主要用于計算機自動檢測系統(tǒng)中。 本系統(tǒng)采用的是第二種方案，此方案設(shè)計簡單，成本較低，實用于不同場所。本系統(tǒng)硬件包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和存儲模塊。在硬件設(shè)計中盡量采用了功能強大的芯片，以減化電路，提高系統(tǒng)電路的集成度和可靠性。 8051AH的功能特點 MCS51系列單片機是 1980年 Intel公司推出的 8位單片機系列，由于它良好的性價比，此后其他一些公司也相繼研制并生產(chǎn) MCS51 系列單片機 8051 及其兼容芯片。它主要特性如下： （ 1）具有兩級中斷優(yōu)先處理能力，可管理 5個中斷源，且都有自動轉(zhuǎn)入的中斷入口地址； （ 2）內(nèi)含定時器 /計數(shù)器，工作方式可編程選擇 ； （ 3）有 32條 I/O線，輸入輸出操作功能強，可直接帶外設(shè)； （ 4）布爾處理功能強，可擴展用途； （ 5）內(nèi)部 RAM和寄存器有位尋址功能； （ 6）外部具有獨立的 64K程序存儲空間和 64K數(shù)據(jù)存儲空間； （ 7）有全雙工串行接口，波特率可編程設(shè)置； （ 8）有多種型號，且不同型號的內(nèi)部程序存儲器不同，用戶可根據(jù)需要選用。在訪問外部存儲器時，它是數(shù)據(jù)總線和地址總線低 8位分時復(fù)用的接口：在 EPROM編程時，在接收指令字節(jié)；在驗證程序時，輸出指令字 節(jié)，并要求外接上拉電阻。在 EPROM編程和程序驗證時，它接受低 8位地址。在訪問外部存儲器時，它輸出高 8位地址；在對 EPROM編程和程序驗證時，接受高 8位地址。除基本輸入 /輸出功能外每個引腳還有專用功能，其專用引腳功能： ： RXD串行數(shù)據(jù)接收 ： TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送 ： INT0外部中斷 0請求輸入 ： INT1外部中斷 1請求輸入 ： T0定時器 0外部計數(shù)脈沖輸入 ： T1定時器 1外部計數(shù)脈沖輸入 ： WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號 ： RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號 RST/VPD：復(fù)位引腳，這是一個雙功能引腳，復(fù)位 /備用電源： 復(fù)位功能 RST：單片機的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的。 備用電源功能 VPD：當(dāng) Vcc掉電時，在 Vcc下降到操作系統(tǒng)允許極限之前， RST/VPD引腳接上備用電源，向內(nèi)部 RAM 供電，這時系統(tǒng)處于一種低功耗方式。 XTAL1和 XTAL2 是 MCS51 系列單片機的時鐘引腳。其中 XTAL1 為該放大器的輸入引腳， XTAL2 為該放大器的輸出引腳。給應(yīng)用系統(tǒng)中的地址鎖存器提供鎖存控制信號，實現(xiàn)地址 /數(shù)據(jù)分時復(fù)用。另外， ALE信號還可以作為應(yīng)用系統(tǒng)中頻率要求較低的其他部件的時鐘信號、計數(shù)信號等。對于 EPROM 型單片機，在對片內(nèi)程序存儲器編程時，該引腳輸入編程脈沖信號。由于 MCS51系列單片機外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲空間 是獨立的，但地址是重疊的，因此除了在指令上加以區(qū)分外，控制信號也有所不同。在訪問外部程序存儲器時，在每個機器周期， PSEN 兩次有效。當(dāng)訪問該地址范圍的存儲單 元時，由于 MCS51 系列單片機的片內(nèi)程序存儲器地址與片內(nèi)程序是重疊的，所以用 EA 引腳電平來區(qū)分是訪問內(nèi)部程序存儲器，還是訪問外部程序存儲器。 10 Vpp：片內(nèi)程序存儲器編程電壓。 Vcc： +5V工作電壓。 Vss：接地端。 ADC0809的功能特點 ADC0809數(shù)據(jù)采集元件是單片 CMOS器件，具有 8位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 8通道的多路開關(guān)以及和微處理器相兼容的控制邏輯，這個 8位 A / D 轉(zhuǎn)換器使用逐位逼近作為轉(zhuǎn)換技術(shù)。 該器件取消了外部調(diào)零和滿量程調(diào)整。 集許多 A / D 轉(zhuǎn)換技術(shù)于一體， ADC0808和 ADC0809 的設(shè)計被優(yōu)化，它們提供高速、高精度、最小溫度相關(guān)性、極好的長期精度和可重復(fù)性以及最小功耗。 主要指標(biāo)： 分辨率 8 位 線性誤差士 l / 2LSB 單電源 5VDC 低功耗 15mw 轉(zhuǎn)換時間 100US 分辨率為 1/ 28 ≈ % 模擬電壓轉(zhuǎn)換范圍是 0 +5 V 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時間為 100?s 各引腳功能如下 ： IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端。 11 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START：啟動 A/D轉(zhuǎn)換信號，輸入，高電平有效。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，高電平有效。該信號用來打開三態(tài)輸出緩沖器，將 A/D轉(zhuǎn)換得到的 8位數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。 D0 為最低位， D7 為最高位。 CLOCK：外部時鐘脈沖輸入端。 VR+， VR：基準(zhǔn)電壓源正、負端。 Vcc：工作電源， ?5VDC。在大多數(shù)情況下，可以在引腳 5上接一 1kΩ 電位器來實現(xiàn)。 滿量程調(diào)整：這是當(dāng)輸人電壓是滿量程 1/2LSB ( 量程時比滿量程低 60mV ，輸出從0000000l 變?yōu)?00000000。 DS12887的功能特點 DS12887 是美國達拉斯半導(dǎo)體公司最新推出的時鐘芯片 ，采用 CMOS 技術(shù)制成，把時鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集于芯片內(nèi)部，同時它與目前 IBM AT計算機常用的時鐘芯片 MC146818B和 DS1287管腳兼容，可直接替換。 其主要功能如下： (1)內(nèi)含一個鋰電池，斷電情況運行十年以上不丟失數(shù)據(jù)。 (3)二進制數(shù)碼或 BCD碼表示時間、日歷和定鬧。 12 (5)MOTOROLA5和 INATAEL總線時序 選擇。當(dāng) 5V 電壓在正常范圍內(nèi)時，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng) VCC 低于 ，讀寫被禁止，計時功能仍繼續(xù)；當(dāng) VCC下降到 3V以下時， RAM和計時器被切換到內(nèi)部鋰電池。 SQW(方波信號同 )： SQW 管腳能從實時時鐘內(nèi)部 15 級分頻器的 13 個抽頭中選擇一個作為輸出信號，其輸出頻率可通過對寄存器 A編程改變。 AS(地址選通輸入 )：用于實現(xiàn)信號分離，在 AD/ALE的下降沿把地址鎖入 DS12887。選擇 INTEL時序時， DS稱作 (RD)，RD與典型存貯器的允許信號 (OE)的定義相同。選 MOTOROLA時序時， R/W是一電平信號，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷冢?DSO為高電平時， R/W高電平指示讀周期， R/W低電平指示寫周期；選 INTEL時序， R/W 信號是一低電平信號，稱為 WR。 CS(片選輸入 )：在訪問 DS12887的總線周期內(nèi)，片選信號必須保持為低。沒有中斷條件滿足時， IRQ 處于高阻態(tài)。 RESET(復(fù)位輸出 )：當(dāng)該腳保持低電平時間大于 200ms，保證 DS12887有效復(fù)位。作為一個單獨的增益跟隨器工作，其直流增益精度典型值為 %，采集時間低至 6μ S在 ％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。寬范圍帶寬使 LF198可放于 1MHZ運算放大器反饋回路內(nèi)，而不引起穩(wěn)定性間題。 JFET 比以前設(shè)計中所用 13 的 MOS 器件具有更低的噪聲，而且沒有高溫時的不穩(wěn)定性。 工作在177。 18V 電源下 在 Ck=， ％的增益精度 LM198的工作電源為177。 18V。 數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計 如果在數(shù)據(jù)采集器中，直接使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對模擬信號進行轉(zhuǎn)換，則應(yīng)該考慮到任何一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要有一小段時間來完成量化及編碼操作。如在轉(zhuǎn)換時間 TCONV 內(nèi)，輸入模擬信號仍在變化。 現(xiàn)在考慮對正弦波信號 ftVV FS ?2sin? 采樣，在轉(zhuǎn)換時間 TCONV內(nèi)，信號電壓的最大改變發(fā)生在正弦信號過零時，所以 fvFSdtdV t ?20 ?? 而在轉(zhuǎn)換時間 TCONV內(nèi)最大可能的 0???? tC O N V dtdVTV 由此可以得出：CONVFS fTVV ?2?? 其中 f為輸入的正弦信號頻率。 )(2 11m a x HzTf C O N VM ??? 其中 M為模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC的分辨率。顯然，如在孔徑時間 Ta 內(nèi)，輸入模擬信號仍在孔徑時間 Ta 內(nèi)，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。 這樣，數(shù)據(jù)采集時在模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC前采用采樣保持放大器 SHA，就解決了 ADC轉(zhuǎn)換時間較長與分辨率要求較短的孔徑時間的矛盾，其實質(zhì)是把模擬信號的離散化與量化分兩步進行。 ADC接著進行離散信號的量化。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 1 M a y 20 0 6 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ u s e r \桌面 \ M y D e s i g n .d dbD r a w n B y:I N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b 2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10U 0 0A D C 08 0 9O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U2L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U3L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U4L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U5L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U1L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U0L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L O G I C 8OUT5H O L D C A P6U6L F 3 9 8 A N ( 8 )O S A D J2IN3L O G I C R E F7L