精密测试数据采集系统设计

微型计算机的价格低廉，降低了数据采集的成本。

微型计算机数据采集系统可作为集散型数据采集系统的个基本组成部分。

微型计算机的各种模板及软件都比较齐全，很容易构成系统，便于使用和维修。

测量放大器集成芯片测量放大器在数据采集系统中，被检测的物理量经过传感器变换成模拟电信号，往往是很微弱的毫伏级信号，需要用放大器加以放大。

而通用运算放大器般都具有毫伏级的失调电压和毎度数的温漂，因此通用运算放大器不能直接用于发达微弱信号，而测量放大器则能较好地实现此功能。

测量放大器是种带有精密差动电压增益的器件，由于它具有高输入阻抗低输出阻抗强抗共模干扰能力低温漂低失调电压和高稳定增益等特点，使其在检测微弱信号的系统中被广泛用作前置放大器。

测量放大器的电路原理如下图所示。

由图可见，测量放大器由三个运放构成，并分为二级第级是两个同相放大器，因此输入阻抗高第二级是普通的差动放大器，把双端输入变成对地的单端输出。

图测量放大器原理电路型放大器在此次课程设计中，选用了美国公司提供的型放大器。

该放大器就是按照上述原理设计的单片集成测量放大器。

引脚说明是集成精密测量放大器，它的非线性度为时，在频带内噪声的峰峰值为，共模抑制比。

采用脚双列直插式封装，它的引脚功能如下图及表所示图引脚图的基本连接表引脚功能引脚名称功能引脚名称功能正输入端正电源端增益被偿端地参考端输入端不接空端参考端负电源端补偿端空端数据保护端输出端增益补偿端引脚，用于调整放大器零点，调整线路是芯片端接到电位器的两个固定端，电位器滑动端接负电源脚，的基本连接如上图所示。

引脚和连接调整放大倍数的电阻。

引脚用于连接信号传输导线的屏蔽网，以减少外电场对输入信号的干扰。

的器件特性可以提供高精度的信号调理，它的输出失调电压漂移小于，输入失调电压漂移低于，共模抑制比高于在时为，时的最大非线性增益为，典型输入阻抗为。

使用了自动激光调整的薄膜电阻，因而公差小损耗低体积小性能可靠。

同时，还具有单片电路和标准组件放大器的最好特性，是种高性价比的放大器。

为适应不同的精确度要求和工作温度范围，提供有三种级别。

其中和为工业级，可用于。

为军事级，用于。

可以提供四种漂移选择。

输出失调电压的最大漂移随着增益的增加而增加。

失调电流漂移所引起的电压误差等于失调电流漂移和不对称源电阻的乘积。

另外，的非线性增益将随关闭环增益的降低而增加。

放大器的共模抑制比的测量环境条件为，使用阻值为的不对称电阻。

在低增益情况下，共模抑制比主要取决于薄膜电阻的稳定性，但由于增益带宽的影响，在以下频率时相对比较恒定。

但在有限的带宽中，的相移将随着直流共模抑制比的升高而增加。

在动态性能方面，的稳定时间单位增益带宽和增益成正比。

采样定理与抗混滤波在计算机数据采集系统中，信息总是用离散信号来表示的，而在生产和科学研究中经常遇到的各种信号往往都是连续信号。

而通过对信息的采样可以将连续信息离散化。

采样定理是数据采集系统的理论支持。

采样过程可以看作为脉冲调制过程，采样开关可看作调制器。

采样定理采样定理决定了采样信号的质量和数量太小，会使的数量剧增，占用大量的内存单元太小，会使模拟信号的些信息被丢失，若将采样后的信号恢复成原来的信号，就会出现失真问题，影响数据处理的精度。

因此，必须有个的依据，以确保不失真地恢复原信号。

这个依据就是采样定理。

采样定理设有连续信号，其频谱为，以采样周期采得的采样信号为。

如果频谱和采样周期满足下列条件频谱为有限频谱，即当时，或则连续信号式唯确定。

式中，。

就是在采样时间间隔内能辨认的信号最高频率，称为截止频率，又称为奈奎斯特频率。

采样定理指出，对个具有有限频谱的连续信号，所以需要先用个比例运算放大电路，然后再用级二阶压控电压源滤波器。

比例运算放大电路如下图所示根据附表中的标准电阻值，选，图比例运算放大器分析上述电路图，可得式第级二阶滤波器式式式由式可得查附表和附表，选则计算得，选系列中的。

第二级二阶滤波器式式式由式可得差附表和附表，选，则计算得，选系列中的。

第三级二阶滤波器式式式由式可得查附表和附表，选，则计算得，选系列中的。

第四级二阶滤波器式式式由式可得查附表和附表，选，则计算得，选系列中的。

总的滤波器电路图如下图所示图阶切比雪夫有源低通滤波器整体电路图模数转换器模数转换器是种器件，它把采集到的采样模拟信号经量化和编码后，转换成数字信号并输出。

因此，在将模拟量转换成数字量的过程中，模数转换器是核心器件，简称为或。

现在，转换电路已集成在块芯片上，所以应用比较方便。

在本次课设中，选用了。

转换器芯片是用集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。

分辨率位，转换时间，输入电压范围为，增加些外部电路后，输入模拟电压可为。

该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在数据总线上，无须附加逻辑接口电路。

引脚引脚图如下图所示。

引脚名称及意义如下的两模拟信号输入端，用以接收单极性双极性和差模输入信号。

转换器数据输出端，该输出端具有三态特性，能与微机总线相连接。

模拟信号地。

数字信号地。

外电路提供时钟脉冲输入端。

图引脚图内部时钟发生器外接电阻端，与端配合，可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为。

片选信号输入端，低电平有效，旦有效，表明转换器被选中，可启动工作。

写信号输入，接受微机系统或其他数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当同时为低电平时，启动转换。

读信号输入，低电平有效，当同时为低电平时，可读取转换输出数据。

转换结束输出信号，低电平有效。

输出低电平表示本次转换已经完成。

该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。

转换器的工作时序转换器的工作时序如下图所示。

图的工作时序图由图可见各控制信号时序关系为当与同时为低电平转换器被启动切在上升沿后模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时，自动变为低电平，表示本次转换已结束。

如同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在高电平到来后三态门处于高阻状态。

简介是种带字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能位微处理器，俗称单片机。

是种带字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除次。

该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能位和闪烁存储器组合在单个芯片中，的是种高效微控制器，是它的种精简版本。

单片机的主要特性与兼容字节可编程闪烁存储器寿命写擦循环数据保留时间年全静态工作三级程序存储器锁定位内部可编程线两个位定时器计数器个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路单片机的引脚引脚图如图所示。

各引脚定义供电电压。

接地。

口口为个位漏级开路双向口，每脚可吸收门电流。

当口的管脚第次写时，被定义为高阻输入。

能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的第八位。

在编程时，口作为原码输入口，当进行校验时，输出原码，此时外部必须被拉高。

口口是个内部提供上拉电阻的位双向口，口缓冲器能接收输出门电流。

口管脚写入后，被内部上拉为高，可用图引脚作输入，口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在编程和校验时，口作为第八位地址接收。

口口为个内部上拉电阻的位双向口，口缓冲器可接收，输出个门电流，当口被写时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

口当用于外部程序存储器或位地址外部数据存储器进行存取时，口输出地址的高八位。

在给出地址时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，口输出其特殊功能寄存器的内容。

口在编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

口口管脚是个带内部上拉电阻的双向口，可接收输出个门电流。

当口写入后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，口将输出电流这是由于上拉的缘故。

口也可作为的些特殊功能口，如下表表示表口引脚的特殊功能引脚名称功能引脚名称功能串行输入口记时器外部输入串行输出口记时器外部输入外部中断外部数据存储器写选通外部中断外部数据存储器读选通口同时为闪烁编程和编程校验接收些控制信号。

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持脚两个机器周期的高电平时间。

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是每当用作外部数据存储器时，将跳过个脉冲。

如想禁止的输出可在地址上置。

此时，只有在执行，指令是才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态禁止，置位无效。

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。

当保持低电平时，在此期间外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式时，将内部锁定为当端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在编程期间，此引脚也用于施加编程电源。

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

来自反向振荡器的输出。

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