数据采集系统设计学习教案

1、数据采集系统数据采集系统(xtng)设计设计第一页，共137页。第1页/共137页第二页，共137页。A/D转换器及其接口统称为模拟量输入通道；转换器及其接口统称为模拟量输入通道；D/A转换器及相应转换器及相应(xingyng)接口称为模拟量接口称为模拟量输出通道。输出通道。 第2页/共137页第三页，共137页。第3页/共137页第四页，共137页。第4页/共137页第五页，共137页。图2-2 采样器输入输出波形(b xn) 第5页/共137页第六页，共137页。2fm时），采样(ci yn)输出信号fs(t)（采样(ci yn)器脉冲序列）能代表或恢复成输入模拟信号f(t)，这就是采样(

2、ci yn)定理。第6页/共137页第七页，共137页。第7页/共137页第八页，共137页。第8页/共137页第九页，共137页。图2-3 量化特性(txng)和量化误差 量化过程舍入误差(wch)为量化误差(wch)。以=x(t)-y(t)表示量化误差(wch)，量化误差(wch)有正有负（图2-3(c)）,最大为q/2，平均误差(wch)为0。最大误差(wch)随量化单位而改变，q愈小也愈小。 第9页/共137页第十页，共137页。第10页/共137页第十一页，共137页。第11页/共137页第十二页，共137页。第12页/共137页第十三页，共137页。第13页/共137页第十四页，共

3、137页。第14页/共137页第十五页，共137页。第15页/共137页第十六页，共137页。第16页/共137页第十七页，共137页。第17页/共137页第十八页，共137页。图图2-4 逐次逼近逐次逼近(bjn)式式A/D转换器的结构转换器的结构 第18页/共137页第十九页，共137页。第19页/共137页第二十页，共137页。第三部分(b fen)是:三态输出缓冲锁存器。第20页/共137页第二十一页，共137页。 图图2-5 ADC0809原理原理(yunl)结构图结构图 第21页/共137页第二十二页，共137页。ALEALEC B AC B A接通信号接通信号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页/共137页第二十三页，共137页。第23页/共137页第二十四页，共137页。第24页/共137页第二十五页，共137页。第25页/共137页第二十六页，共137页。图图2-6 ADC0809时序时序(sh x)图图 第26页/共

5、137页第二十七页，共137页。第27页/共137页第二十八页，共137页。图图2-7 ADC0809与单片机与单片机8031接口接口(ji ku)电路电路第28页/共137页第二十九页，共137页。第29页/共137页第三十页，共137页。第30页/共137页第三十一页，共137页。第31页/共137页第三十二页，共137页。第32页/共137页第三十三页，共137页。第33页/共137页第三十四页，共137页。第34页/共137页第三十五页，共137页。中断服务程序中断服务程序INT1: PUSH DPL ；保护现；保护现场场 PUSH DPH PUSH A MOVDPTR,#0FEFFH

6、 MOVX A,DPTR ；读转换；读转换结果结果 MOV30H,A ；结果存；结果存30H MOVA,00H MOVX DPTR,A ；启动；启动(qdng)下一次转换下一次转换 POP A POP DPH POP DPL ；返回现；返回现场场 RETI ；返回返回第35页/共137页第三十六页，共137页。第36页/共137页第三十七页，共137页。图图2-8 AD574原理原理(yunl)与引脚图与引脚图 第37页/共137页第三十八页，共137页。CSCSCS第38页/共137页第三十九页，共137页。第39页/共137页第四十页，共137页。表表2-2 AD574的操作的操作(coz

7、u)第40页/共137页第四十一页，共137页。第41页/共137页第四十二页，共137页。图图2-9 AD574与与8031单片机的接口单片机的接口(ji ku)电路电路第42页/共137页第四十三页，共137页。第43页/共137页第四十四页，共137页。采用延时等待方式采用延时等待方式(fngsh)(fngsh)的控制程序清单：的控制程序清单：MOVMOVR0R0，#1FH#1FH；启动；启动MOVXMOVXR0R0，A AMOVMOVR7R7，#10H#10H；延时；延时DJNZDJNZR7R7，$ $MOVMOVR1R1，#7FH#7FH；读低；读低4 4位位MOVXMOVXA A，

8、R1R1MOVMOVR2R2，A A；存低；存低4 4位位MOVMOVR1R1，#3FH#3FH；读高；读高8 8位位MOVXMOVXA A，R1R1MOVMOVR3R3，A A；存高；存高8 8位位SJMPSJMP$ $第44页/共137页第四十五页，共137页。第45页/共137页第四十六页，共137页。第46页/共137页第四十七页，共137页。图图2-10 AD574双极性模拟双极性模拟(mn)输入接线方输入接线方式式 第47页/共137页第四十八页，共137页。第48页/共137页第四十九页，共137页。 图图2-11 MAX1241内部结构内部结构和管脚定义和管脚定义(dngy)

9、第49页/共137页第五十页，共137页。第50页/共137页第五十一页，共137页。表表2-3 MAX1241管脚功能管脚功能(gngnng) MAX1241采用单电源供电，动态功耗在以每秒采用单电源供电，动态功耗在以每秒73K转换速率转换速率工作工作(gngzu)时，仅需时，仅需09mA电流。在停止转换时，可通过电流。在停止转换时，可通过控制端使其处于休眠状态，以降低静态功耗。休眠方式下，电控制端使其处于休眠状态，以降低静态功耗。休眠方式下，电源电流仅源电流仅1A。第51页/共137页第五十二页，共137页。第52页/共137页第五十三页，共137页。图图2-12 MAX12412-12

10、MAX1241工作工作(gngzu)(gngzu)时序时序 第53页/共137页第五十四页，共137页。第54页/共137页第五十五页，共137页。第55页/共137页第五十六页，共137页。第56页/共137页第五十七页，共137页。 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转换和输转换和输入，输入数据存放于入，输入数据存放于R0R0，R1R1寄存器。寄存器。；寄存器及端口定义：；寄存器及端口定义：CSCS：BIT BIT P1.0 P1.0 ；片选信；片选信号号(xnho)(xnho)位位DOUTDOUT：BIT BIT P1.2P1.2；串行数据输入位

11、；串行数据输入位SCLKSCLK：BIT BIT P1.1P1.1；驱动时钟位；驱动时钟位DATA_BHDATA_BH：EQU EQU R0R0；高字节；高字节数据存储单元数据存储单元DATA_BLDATA_BL：EQUEQUR1R1；低字节；低字节数据存储单元数据存储单元CONT_HCONT_H：EQUEQUR0R0；高位取；高位取数计数器数计数器CONT_LCONT_L：EQU EQU R1R1；低；低8 8位取位取数计数器数计数器 第57页/共137页第五十八页，共137页。；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位计数位计数 MOV MOV CONT_LCONT_L，08H 08H ；低；低8 8位计数位计数 CLR CLR SCLKSCLK ；SCLKSCLK置置“0”“0” CLR CLR CSCS ；选中；选中12411241，启动转换，启动转换(zhunhun)(zhunhun)SADC ENDSADC END：JNB JNB DOUTDOUT，SADC_ END SADC_ END ；检测；检测A/DA/D转换转换(zhunhun)(zhunhun)结结束束READ_HREAD_H： SETB SETBSCLKSCLK CLR CLRS

13、CLKSCLK ；产生一个驱动时钟产生一个驱动时钟 MOV C MOV C，DOUTDOUT ；输入一位数据输入一位数据 RLC A RLC A ；数据移位至；数据移位至ACCACC0 0 DJNZ DJNZ CONT_HCONT_H，READ_H READ_H ；高；高 4 4位输入结束判别位输入结束判别 M O V M O V D A T A _ B HD A T A _ B H ，A A ；高；高 4 4位数据送寄存器位数据送寄存器第58页/共137页第五十九页，共137页。READ_L： SETB SCLK CLRSCLK ；产生一个；产生一个驱动时钟驱动时钟 MOV C，DOUT ；

14、输入一位；输入一位数据数据 RLC A ；数据移位置；数据移位置ACC0 DJNZ CONT_L，READ_L；低；低8位输入结位输入结束束(jish)判别判别 MOV DATA_BL，A ；低；低8位数位数据送寄存器据送寄存器 SETB SCLK CLRSCLK ；清；清 DOUT输出输出 SETB CS ；撤消片选；撤消片选 RET第59页/共137页第六十页，共137页。用P1.0。接口电路如图2-14所示。第60页/共137页第六十一页，共137页。第61页/共137页第六十二页，共137页。第62页/共137页第六十三页，共137页。MAX1241 ADC串行接口控制子程序串行接口控

15、制子程序；寄存器及端口定义；寄存器及端口定义CS： BIT P1.0EOC： BIT P3.0DATA_BH： EQU R0 ；接受数据高位存；接受数据高位存储寄存器储寄存器DATA_BL： EQU R1 ；接受数据低位存储寄存器；接受数据低位存储寄存器 ；串行口设置子程序；串行口设置子程序SPOR_SET：CLR ES ；禁止串行中断；禁止串行中断 MOV SCON，00H ；串行口为方式；串行口为方式(fngsh)0，停止接受停止接受 SETB CS ；禁止；禁止 ADC RET第63页/共137页第六十四页，共137页。；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；启动；启动 A AD D转换转换AD_NENDAD_NEND： JNB EOC JNB EOC，AD_NENDAD_NEND；等待转换结束；等待转换结束 SETB SETB RENREN；启动串行接；启动串行接收收FR_NENDFR_NEND： JNB RI JNB RI，FR_NENDFR_NEND；等待接收结束；等待接收结束 MOV DATA_BH MOV DATA_BH，SBUFSBUF ；从串行数据缓冲器输；从串行数据缓冲器输 入高入高8 8位数据位数据 CLR RI CLR RI ；启动第二次接收启动第二次接收SR_NENDSR_NEN

17、D： JNB RI JNB RI，SR _NENDSR _NEND ；等待接收结束；等待接收结束 MOV DATA_BL MOV DATA_BL，SBUFSBUF ；从串行数据缓冲器；从串行数据缓冲器 输入低输入低4 4位数据位数据 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页/共137页第六十五页，共137页。第65页/共137页第六十六页，共137页。第66页/共137页第六十七页，共137页。图图2-15 MC14433 ADC结构框图结构框图(kungt)及及管脚功能管脚功能 第67页/共137页

18、第六十八页，共137页。 MC14433采用土采用土5V供电电源供电电源(dinyun)，只需一个正基，只需一个正基准电压准电压VR ，其与输入电压，其与输入电压Vi成下列比例关系成下列比例关系 输出读数输出读数= 1999 （2-1） 当满量程时当满量程时Vi= VR 。 Vi输入有输入有2V和和200mV两个量程挡。两个量程挡。当满度电压为当满度电压为1999V时，时，VR取取2000V；当满度电压为；当满度电压为1999mV时，时， VR取取2000mV。当然，也可根据需要在。当然，也可根据需要在200mV2V之间任意选择之间任意选择VR的值，此时，读数的一个的值，此时，读数的一个LSB

19、所所对应的输入电压则需通过式对应的输入电压则需通过式2-1求得。求得。 RVVi|第68页/共137页第六十九页，共137页。第69页/共137页第七十页，共137页。图图2-16 MC14433输出输出(shch)时序时序第70页/共137页第七十一页，共137页。表表2-4 MC14433千位编码千位编码(bin m)定义定义 第71页/共137页第七十二页，共137页。第72页/共137页第七十三页，共137页。 图图2-17 MC14433ADC与与 8031/51的接口的接口(ji ku) 图图2-18 2-18 数据格式数据格式 第73页/共137页第七十四页，共137页。第74页

20、/共137页第七十五页，共137页。第75页/共137页第七十六页，共137页。第76页/共137页第七十七页，共137页。图图2-19 并行并行(bngxng)型型AD转换转换器原理图器原理图 第77页/共137页第七十八页，共137页。第78页/共137页第七十九页，共137页。第79页/共137页第八十页，共137页。第80页/共137页第八十一页，共137页。第81页/共137页第八十二页，共137页。第82页/共137页第八十三页，共137页。图图2-20 R-2R梯形梯形(txng)网络网络D/A转换器原转换器原理理 第83页/共137页第八十四页，共137页。第84页/共137页

21、第八十五页，共137页。第85页/共137页第八十六页，共137页。第86页/共137页第八十七页，共137页。UOUT=-（VREF/28） D第87页/共137页第八十八页，共137页。UOUT=-（2U1+VREF）第88页/共137页第八十九页，共137页。第89页/共137页第九十页，共137页。第90页/共137页第九十一页，共137页。第91页/共137页第九十二页，共137页。第92页/共137页第九十三页，共137页。第93页/共137页第九十四页，共137页。第94页/共137页第九十五页，共137页。图图2-27 DAC1208与与8031单片机接口单片机接口(ji ku

22、)示意示意图图 第95页/共137页第九十六页，共137页。第96页/共137页第九十七页，共137页。第97页/共137页第九十八页，共137页。第98页/共137页第九十九页，共137页。图图2-28 连续连续(linx)锯齿波形图锯齿波形图 第99页/共137页第一百页，共137页。第100页/共137页第一百零一页，共137页。图图2-29 DAC0832双极性输出形式的接口双极性输出形式的接口(ji ku)电路电路 第101页/共137页第一百零二页，共137页。图图2-30 正弦波计算正弦波计算(j sun)制表示意制表示意图图 第102页/共137页第一百零三页，共137页。具体

23、输出程序段如下：具体输出程序段如下： MOV R5，00H；计数器；计数器赋初值赋初值SIN：MOV A， R5 MOV DPTR，#TABH MOVC A， ADPTR；查表得输出值；查表得输出值 MOV DPTR，7FFFH；指向；指向(zh xin) 0832 MOVX DPTR， A；转换；转换 INC R5；计数器；计数器加一加一 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页/共137页第一百零四页，共137页。第104页/共137页第一百零五页，共137页。图图2-31 多通道数据采集系统原理多通道数据采集系统原理(yunl)框图框图 第105页/共137页第一百零六页，共137页。第106页/共137页第一百零七页，共137页。图图2-32 CD4051内部内部(nib)结结构图构图 第107页/共137页第一百零八页，共137页。表表2-5 CD4051真值表真值表 n扩展扩展(kuzhn)16路多路开关见图路多路开关见图 2-33

25、:第108页/共137页第一百零九页，共137页。图图2-33 CD4051多路开关组成多路开关组成(z chn)的的16路模拟开路模拟开关原理图关原理图 第109页/共137页第一百一十页，共137页。第110页/共137页第一百一十一页，共137页。图图 2-34 采样采样(ci yn)/保保持器电路持器电路 图图2-342-34是采样是采样/ /保持器的电原理图。图中保持器的电原理图。图中A1A1为高输入阻抗为高输入阻抗的场效应管组成的放大器，的场效应管组成的放大器，A2A2为输出缓冲器，开关为输出缓冲器，开关K K是工作方式是工作方式控制开关。控制开关。 当开关闭合时，输入信号当开关闭

26、合时，输入信号VinVin经放大器经放大器A1A1向电容充电，此向电容充电，此时为采样工作方式；时为采样工作方式； 当开关当开关K K断开断开(dun ki)(dun ki)时为保持方式，由于运算放大器时为保持方式，由于运算放大器的输入阻抗很高，电容器保持充电的最终值。的输入阻抗很高，电容器保持充电的最终值。 第111页/共137页第一百一十二页，共137页。第112页/共137页第一百一十三页，共137页。第113页/共137页第一百一十四页，共137页。第114页/共137页第一百一十五页，共137页。图图2-35 LF198/298/398的原理的原理(yunl) 第115页/共137页

27、第一百一十六页，共137页。第116页/共137页第一百一十七页，共137页。第117页/共137页第一百一十八页，共137页。n 当当AD转换结束时，转换结束时，AD574的的STS=0，8031通过通过P3.3（INT1）查询到转换结束后，）查询到转换结束后，开始读取数据，先读高开始读取数据，先读高8位数据，再读低位数据，再读低4位位数据，分两个字节送到数据，分两个字节送到8031单片机内部单片机内部RAM中。中。n 利用利用MCS-51汇编语言汇编语言(hu bin y yn)编制的数据采集系统的程序见编制的数据采集系统的程序见P.48。数据采集系统的工作数据采集系统的工作(gngzu)

28、(gngzu)过程过程第118页/共137页第一百一十九页，共137页。第119页/共137页第一百二十页，共137页。第120页/共137页第一百二十一页，共137页。第121页/共137页第一百二十二页，共137页。PC-6330D模入接口卡模入接口卡第122页/共137页第一百二十三页，共137页。第123页/共137页第一百二十四页，共137页。第124页/共137页第一百二十五页，共137页。第125页/共137页第一百二十六页，共137页。第126页/共137页第一百二十七页，共137页。第127页/共137页第一百二十八页，共137页。3 3 使用使用(shyng)(shyng)与操作：与操作：（1 1）输入插座接口定义：）输入插座接口定义： PC-6330D PC-6330D卡采用卡采用2525芯芯D D型插座的信号定义型插座的信号定义见下表：见下表：表表2-6 输入信号输入信号(xnho