1、數據采集系統數據采集系統(xtng)設計設計第一頁，共137頁。第1頁/共137頁第二頁，共137頁。A/D轉換器及其接口統稱為模擬量輸入通道；轉換器及其接口統稱為模擬量輸入通道；D/A轉換器及相應轉換器及相應(xingyng)接口稱為模擬量接口稱為模擬量輸出通道。輸出通道。 第2頁/共137頁第三頁，共137頁。第3頁/共137頁第四頁，共137頁。第4頁/共137頁第五頁，共137頁。圖2-2 采樣器輸入輸出波形(b xn) 第5頁/共137頁第六頁，共137頁。2fm時），采樣(ci yn)輸出信號fs(t)（采樣(ci yn)器脈沖序列）能代表或恢復成輸入模擬信號f(t)，這就是采樣(

2、ci yn)定理。第6頁/共137頁第七頁，共137頁。第7頁/共137頁第八頁，共137頁。第8頁/共137頁第九頁，共137頁。圖2-3 量化特性(txng)和量化誤差 量化過程舍入誤差(wch)為量化誤差(wch)。以=x(t)-y(t)表示量化誤差(wch)，量化誤差(wch)有正有負（圖2-3(c)）,最大為q/2，平均誤差(wch)為0。最大誤差(wch)隨量化單位而改變，q愈小也愈小。 第9頁/共137頁第十頁，共137頁。第10頁/共137頁第十一頁，共137頁。第11頁/共137頁第十二頁，共137頁。第12頁/共137頁第十三頁，共137頁。第13頁/共137頁第十四頁，共

3、137頁。第14頁/共137頁第十五頁，共137頁。第15頁/共137頁第十六頁，共137頁。第16頁/共137頁第十七頁，共137頁。第17頁/共137頁第十八頁，共137頁。圖圖2-4 逐次逼近逐次逼近(bjn)式式A/D轉換器的結構轉換器的結構 第18頁/共137頁第十九頁，共137頁。第19頁/共137頁第二十頁，共137頁。第三部分(b fen)是:三態輸出緩沖鎖存器。第20頁/共137頁第二十一頁，共137頁。 圖圖2-5 ADC0809原理原理(yunl)結構圖結構圖 第21頁/共137頁第二十二頁，共137頁。ALEALEC B AC B A接通信號接通信號1 11 11 11

4、 11 11 11 11 10 00 0 00 0 00 0 10 0 10 1 00 1 00 1 10 1 11 0 01 0 01 0 11 0 11 1 01 1 01 1 11 1 1 ININ0 0ININ1 1ININ2 2ININ3 3ININ4 4ININ5 5ININ6 6ININ7 7均不通均不通表表2-1 ADC0809真值表真值表 第22頁/共137頁第二十三頁，共137頁。第23頁/共137頁第二十四頁，共137頁。第24頁/共137頁第二十五頁，共137頁。第25頁/共137頁第二十六頁，共137頁。圖圖2-6 ADC0809時序時序(sh x)圖圖 第26頁/共

5、137頁第二十七頁，共137頁。第27頁/共137頁第二十八頁，共137頁。圖圖2-7 ADC0809與單片機與單片機8031接口接口(ji ku)電路電路第28頁/共137頁第二十九頁，共137頁。第29頁/共137頁第三十頁，共137頁。第30頁/共137頁第三十一頁，共137頁。第31頁/共137頁第三十二頁，共137頁。第32頁/共137頁第三十三頁，共137頁。第33頁/共137頁第三十四頁，共137頁。第34頁/共137頁第三十五頁，共137頁。中斷服務程序中斷服務程序INT1: PUSH DPL ；保護現；保護現場場 PUSH DPH PUSH A MOVDPTR,#0FEFFH

6、 MOVX A,DPTR ；讀轉換；讀轉換結果結果 MOV30H,A ；結果存；結果存30H MOVA,00H MOVX DPTR,A ；啟動；啟動(qdng)下一次轉換下一次轉換 POP A POP DPH POP DPL ；返回現；返回現場場 RETI ；返回返回第35頁/共137頁第三十六頁，共137頁。第36頁/共137頁第三十七頁，共137頁。圖圖2-8 AD574原理原理(yunl)與引腳圖與引腳圖 第37頁/共137頁第三十八頁，共137頁。CSCSCS第38頁/共137頁第三十九頁，共137頁。第39頁/共137頁第四十頁，共137頁。表表2-2 AD574的操作的操作(coz

7、u)第40頁/共137頁第四十一頁，共137頁。第41頁/共137頁第四十二頁，共137頁。圖圖2-9 AD574與與8031單片機的接口單片機的接口(ji ku)電路電路第42頁/共137頁第四十三頁，共137頁。第43頁/共137頁第四十四頁，共137頁。采用延時等待方式采用延時等待方式(fngsh)(fngsh)的控制程序清單：的控制程序清單：MOVMOVR0R0，#1FH#1FH；啟動；啟動MOVXMOVXR0R0，A AMOVMOVR7R7，#10H#10H；延時；延時DJNZDJNZR7R7，$ $MOVMOVR1R1，#7FH#7FH；讀低；讀低4 4位位MOVXMOVXA A，

8、R1R1MOVMOVR2R2，A A；存低；存低4 4位位MOVMOVR1R1，#3FH#3FH；讀高；讀高8 8位位MOVXMOVXA A，R1R1MOVMOVR3R3，A A；存高；存高8 8位位SJMPSJMP$ $第44頁/共137頁第四十五頁，共137頁。第45頁/共137頁第四十六頁，共137頁。第46頁/共137頁第四十七頁，共137頁。圖圖2-10 AD574雙極性模擬雙極性模擬(mn)輸入接線方輸入接線方式式 第47頁/共137頁第四十八頁，共137頁。第48頁/共137頁第四十九頁，共137頁。 圖圖2-11 MAX1241內部結構內部結構和管腳定義和管腳定義(dngy)

9、第49頁/共137頁第五十頁，共137頁。第50頁/共137頁第五十一頁，共137頁。表表2-3 MAX1241管腳功能管腳功能(gngnng) MAX1241采用單電源供電，動態功耗在以每秒采用單電源供電，動態功耗在以每秒73K轉換速率轉換速率工作工作(gngzu)時，僅需時，僅需09mA電流。在停止轉換時，可通過電流。在停止轉換時，可通過控制端使其處于休眠狀態，以降低靜態功耗。休眠方式下，電控制端使其處于休眠狀態，以降低靜態功耗。休眠方式下，電源電流僅源電流僅1A。第51頁/共137頁第五十二頁，共137頁。第52頁/共137頁第五十三頁，共137頁。圖圖2-12 MAX12412-12

10、MAX1241工作工作(gngzu)(gngzu)時序時序 第53頁/共137頁第五十四頁，共137頁。第54頁/共137頁第五十五頁，共137頁。第55頁/共137頁第五十六頁，共137頁。第56頁/共137頁第五十七頁，共137頁。 控制程序如下：控制子程序完成一次控制程序如下：控制子程序完成一次A/DA/D轉換和輸轉換和輸入，輸入數據存放于入，輸入數據存放于R0R0，R1R1寄存器。寄存器。；寄存器及端口定義：；寄存器及端口定義：CSCS：BIT BIT P1.0 P1.0 ；片選信；片選信號號(xnho)(xnho)位位DOUTDOUT：BIT BIT P1.2P1.2；串行數據輸入位

11、；串行數據輸入位SCLKSCLK：BIT BIT P1.1P1.1；驅動時鐘位；驅動時鐘位DATA_BHDATA_BH：EQU EQU R0R0；高字節；高字節數據存儲單元數據存儲單元DATA_BLDATA_BL：EQUEQUR1R1；低字節；低字節數據存儲單元數據存儲單元CONT_HCONT_H：EQUEQUR0R0；高位取；高位取數計數器數計數器CONT_LCONT_L：EQU EQU R1R1；低；低8 8位取位取數計數器數計數器 第57頁/共137頁第五十八頁，共137頁。；控制子程序；控制子程序SADC_RSADC_R： XRL XRLA A，A A ；清；清A A MOV MOV

12、CONT_HCONT_H，04H 04H ；高；高8 8位計數位計數 MOV MOV CONT_LCONT_L，08H 08H ；低；低8 8位計數位計數 CLR CLR SCLKSCLK ；SCLKSCLK置置“0”“0” CLR CLR CSCS ；選中；選中12411241，啟動轉換，啟動轉換(zhunhun)(zhunhun)SADC ENDSADC END：JNB JNB DOUTDOUT，SADC_ END SADC_ END ；檢測；檢測A/DA/D轉換轉換(zhunhun)(zhunhun)結結束束READ_HREAD_H： SETB SETBSCLKSCLK CLR CLRS

13、CLKSCLK ；產生一個驅動時鐘產生一個驅動時鐘 MOV C MOV C，DOUTDOUT ；輸入一位數據輸入一位數據 RLC A RLC A ；數據移位至；數據移位至ACCACC0 0 DJNZ DJNZ CONT_HCONT_H，READ_H READ_H ；高；高 4 4位輸入結束判別位輸入結束判別 M O V M O V D A T A _ B HD A T A _ B H ，A A ；高；高 4 4位數據送寄存器位數據送寄存器第58頁/共137頁第五十九頁，共137頁。READ_L： SETB SCLK CLRSCLK ；產生一個；產生一個驅動時鐘驅動時鐘 MOV C，DOUT ；

14、輸入一位；輸入一位數據數據 RLC A ；數據移位置；數據移位置ACC0 DJNZ CONT_L，READ_L；低；低8位輸入結位輸入結束束(jish)判別判別 MOV DATA_BL，A ；低；低8位數位數據送寄存器據送寄存器 SETB SCLK CLRSCLK ；清；清 DOUT輸出輸出 SETB CS ；撤消片選；撤消片選 RET第59頁/共137頁第六十頁，共137頁。用P1.0。接口電路如圖2-14所示。第60頁/共137頁第六十一頁，共137頁。第61頁/共137頁第六十二頁，共137頁。第62頁/共137頁第六十三頁，共137頁。MAX1241 ADC串行接口控制子程序串行接口控

15、制子程序；寄存器及端口定義；寄存器及端口定義CS： BIT P1.0EOC： BIT P3.0DATA_BH： EQU R0 ；接受數據高位存；接受數據高位存儲寄存器儲寄存器DATA_BL： EQU R1 ；接受數據低位存儲寄存器；接受數據低位存儲寄存器 ；串行口設置子程序；串行口設置子程序SPOR_SET：CLR ES ；禁止串行中斷；禁止串行中斷 MOV SCON，00H ；串行口為方式；串行口為方式(fngsh)0，停止接受停止接受 SETB CS ；禁止；禁止 ADC RET第63頁/共137頁第六十四頁，共137頁。；接口；接口(ji ku)(ji ku)控制子程序控制子程序SAD_

16、SRSAD_SR： CLR CS CLR CS；啟動；啟動 A AD D轉換轉換AD_NENDAD_NEND： JNB EOC JNB EOC，AD_NENDAD_NEND；等待轉換結束；等待轉換結束 SETB SETB RENREN；啟動串行接；啟動串行接收收FR_NENDFR_NEND： JNB RI JNB RI，FR_NENDFR_NEND；等待接收結束；等待接收結束 MOV DATA_BH MOV DATA_BH，SBUFSBUF ；從串行數據緩沖器輸；從串行數據緩沖器輸 入高入高8 8位數據位數據 CLR RI CLR RI ；啟動第二次接收啟動第二次接收SR_NENDSR_NEN

17、D： JNB RI JNB RI，SR _NENDSR _NEND ；等待接收結束；等待接收結束 MOV DATA_BL MOV DATA_BL，SBUFSBUF ；從串行數據緩沖器；從串行數據緩沖器 輸入低輸入低4 4位數據位數據 CLR REN CLR REN ；停止接收；停止接收 SETB CS SETB CS ；禁止；禁止ADCADC RET RET第64頁/共137頁第六十五頁，共137頁。第65頁/共137頁第六十六頁，共137頁。第66頁/共137頁第六十七頁，共137頁。圖圖2-15 MC14433 ADC結構框圖結構框圖(kungt)及及管腳功能管腳功能 第67頁/共137頁

18、第六十八頁，共137頁。 MC14433采用土采用土5V供電電源供電電源(dinyun)，只需一個正基，只需一個正基準電壓準電壓VR ，其與輸入電壓，其與輸入電壓Vi成下列比例關系成下列比例關系 輸出讀數輸出讀數= 1999 （2-1） 當滿量程時當滿量程時Vi= VR 。 Vi輸入有輸入有2V和和200mV兩個量程擋。兩個量程擋。當滿度電壓為當滿度電壓為1999V時，時，VR取取2000V；當滿度電壓為；當滿度電壓為1999mV時，時， VR取取2000mV。當然，也可根據需要在。當然，也可根據需要在200mV2V之間任意選擇之間任意選擇VR的值，此時，讀數的一個的值，此時，讀數的一個LSB

19、所所對應的輸入電壓則需通過式對應的輸入電壓則需通過式2-1求得。求得。 RVVi|第68頁/共137頁第六十九頁，共137頁。第69頁/共137頁第七十頁，共137頁。圖圖2-16 MC14433輸出輸出(shch)時序時序第70頁/共137頁第七十一頁，共137頁。表表2-4 MC14433千位編碼千位編碼(bin m)定義定義 第71頁/共137頁第七十二頁，共137頁。第72頁/共137頁第七十三頁，共137頁。 圖圖2-17 MC14433ADC與與 8031/51的接口的接口(ji ku) 圖圖2-18 2-18 數據格式數據格式 第73頁/共137頁第七十四頁，共137頁。第74頁

20、/共137頁第七十五頁，共137頁。第75頁/共137頁第七十六頁，共137頁。第76頁/共137頁第七十七頁，共137頁。圖圖2-19 并行并行(bngxng)型型AD轉換轉換器原理圖器原理圖 第77頁/共137頁第七十八頁，共137頁。第78頁/共137頁第七十九頁，共137頁。第79頁/共137頁第八十頁，共137頁。第80頁/共137頁第八十一頁，共137頁。第81頁/共137頁第八十二頁，共137頁。第82頁/共137頁第八十三頁，共137頁。圖圖2-20 R-2R梯形梯形(txng)網絡網絡D/A轉換器原轉換器原理理 第83頁/共137頁第八十四頁，共137頁。第84頁/共137頁

21、第八十五頁，共137頁。第85頁/共137頁第八十六頁，共137頁。第86頁/共137頁第八十七頁，共137頁。UOUT=-（VREF/28） D第87頁/共137頁第八十八頁，共137頁。UOUT=-（2U1+VREF）第88頁/共137頁第八十九頁，共137頁。第89頁/共137頁第九十頁，共137頁。第90頁/共137頁第九十一頁，共137頁。第91頁/共137頁第九十二頁，共137頁。第92頁/共137頁第九十三頁，共137頁。第93頁/共137頁第九十四頁，共137頁。第94頁/共137頁第九十五頁，共137頁。圖圖2-27 DAC1208與與8031單片機接口單片機接口(ji ku

22、)示意示意圖圖 第95頁/共137頁第九十六頁，共137頁。第96頁/共137頁第九十七頁，共137頁。第97頁/共137頁第九十八頁，共137頁。第98頁/共137頁第九十九頁，共137頁。圖圖2-28 連續連續(linx)鋸齒波形圖鋸齒波形圖 第99頁/共137頁第一百頁，共137頁。第100頁/共137頁第一百零一頁，共137頁。圖圖2-29 DAC0832雙極性輸出形式的接口雙極性輸出形式的接口(ji ku)電路電路 第101頁/共137頁第一百零二頁，共137頁。圖圖2-30 正弦波計算正弦波計算(j sun)制表示意制表示意圖圖 第102頁/共137頁第一百零三頁，共137頁。具體

23、輸出程序段如下：具體輸出程序段如下： MOV R5，00H；計數器；計數器賦初值賦初值SIN：MOV A， R5 MOV DPTR，#TABH MOVC A， ADPTR；查表得輸出值；查表得輸出值 MOV DPTR，7FFFH；指向；指向(zh xin) 0832 MOVX DPTR， A；轉換；轉換 INC R5；計數器；計數器加一加一 AJMP SINTAB：DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H DB 99H,9CH,9FH,A2H,A5H,A8H,ABH,AEH DB B1H,B4H,B7H,BAH,BCH,BFH,C2H,C5H DB C7H,CAH,

24、CCH,CFH,D1H,D4H,D6H,D8H DB DAH,DDH,DFH,E1H,E3H,E5H,E7H,E9H 第103頁/共137頁第一百零四頁，共137頁。第104頁/共137頁第一百零五頁，共137頁。圖圖2-31 多通道數據采集系統原理多通道數據采集系統原理(yunl)框圖框圖 第105頁/共137頁第一百零六頁，共137頁。第106頁/共137頁第一百零七頁，共137頁。圖圖2-32 CD4051內部內部(nib)結結構圖構圖 第107頁/共137頁第一百零八頁，共137頁。表表2-5 CD4051真值表真值表 n擴展擴展(kuzhn)16路多路開關見圖路多路開關見圖 2-33

25、:第108頁/共137頁第一百零九頁，共137頁。圖圖2-33 CD4051多路開關組成多路開關組成(z chn)的的16路模擬開路模擬開關原理圖關原理圖 第109頁/共137頁第一百一十頁，共137頁。第110頁/共137頁第一百一十一頁，共137頁。圖圖 2-34 采樣采樣(ci yn)/保保持器電路持器電路 圖圖2-342-34是采樣是采樣/ /保持器的電原理圖。圖中保持器的電原理圖。圖中A1A1為高輸入阻抗為高輸入阻抗的場效應管組成的放大器，的場效應管組成的放大器，A2A2為輸出緩沖器，開關為輸出緩沖器，開關K K是工作方式是工作方式控制開關。控制開關。 當開關閉合時，輸入信號當開關閉

26、合時，輸入信號VinVin經放大器經放大器A1A1向電容充電，此向電容充電，此時為采樣工作方式；時為采樣工作方式； 當開關當開關K K斷開斷開(dun ki)(dun ki)時為保持方式，由于運算放大器時為保持方式，由于運算放大器的輸入阻抗很高，電容器保持充電的最終值。的輸入阻抗很高，電容器保持充電的最終值。 第111頁/共137頁第一百一十二頁，共137頁。第112頁/共137頁第一百一十三頁，共137頁。第113頁/共137頁第一百一十四頁，共137頁。第114頁/共137頁第一百一十五頁，共137頁。圖圖2-35 LF198/298/398的原理的原理(yunl) 第115頁/共137頁

27、第一百一十六頁，共137頁。第116頁/共137頁第一百一十七頁，共137頁。第117頁/共137頁第一百一十八頁，共137頁。n 當當AD轉換結束時，轉換結束時，AD574的的STS=0，8031通過通過P3.3（INT1）查詢到轉換結束后，）查詢到轉換結束后，開始讀取數據，先讀高開始讀取數據，先讀高8位數據，再讀低位數據，再讀低4位位數據，分兩個字節送到數據，分兩個字節送到8031單片機內部單片機內部RAM中。中。n 利用利用MCS-51匯編語言匯編語言(hu bin y yn)編制的數據采集系統的程序見編制的數據采集系統的程序見P.48。數據采集系統的工作數據采集系統的工作(gngzu)

28、(gngzu)過程過程第118頁/共137頁第一百一十九頁，共137頁。第119頁/共137頁第一百二十頁，共137頁。第120頁/共137頁第一百二十一頁，共137頁。第121頁/共137頁第一百二十二頁，共137頁。PC-6330D模入接口卡模入接口卡第122頁/共137頁第一百二十三頁，共137頁。第123頁/共137頁第一百二十四頁，共137頁。第124頁/共137頁第一百二十五頁，共137頁。第125頁/共137頁第一百二十六頁，共137頁。第126頁/共137頁第一百二十七頁，共137頁。第127頁/共137頁第一百二十八頁，共137頁。3 3 使用使用(shyng)(shyng)與操作：與操作：（1 1）輸入插座接口定義：）輸入插座接口定義： PC-6330D PC-6330D卡采用卡采用2525芯芯D D型插座的信號定義型插座的信號定義見下表：見下表：表表2-6 輸入信號輸入信號(xnho