LK98BⅡ说明书
数据采集技术一直是智能化仪器一个关键技术，也是衡量仪器性能指标的一个关键部件，随着电化学仪器的发展，在快速变化的电流（电压）信号检测、响应速度、分辨率、精度、接口能力以及抗干扰能力等方面，对数据采集技术提出了越来越高的要求。 LK98BⅡ微机电化学分析系统的数据采集电路有如下几个特点：
① 高速。数据采集的速度直接制约着仪器的扫描速度、方波周期和仪器精度。
② 高精度。对电化学分析仪器而言，分析溶液的浓度越低，信号越小，信噪比减小，使仪器检测下限性能受到限制。一般采取运放电压放大形式和标准化处理，要达到A/D转换所需的测量幅度和精度，往往放大倍率分为多档，而每档的阻抗匹配难以一致，放大线性差，换档误差大。LK98BⅡ系统采用程控D/A放大电路。由于D/A芯片的精度是通过光刻度来保证，内置电阻匹配精度高，误差仅为±1/2LSB，大大提高了电压放大精度。 ③ 低噪声。提高信噪比是电化学仪器一大难题，电化学仪器的电流放大倍率往往在几万倍以上，加上电压放大，对信噪比要求是很苛刻的。为了有效地降低噪声，LK98BⅡ系统除了在I/V转换输入端采取措施外，对数据采集电路，采用光电耦合以隔离数字系统噪音，增设程控低通滤波器等技术。因此大大降低了噪音，提高了信噪比，改善了仪器性能。
§2.3.5.1 程控电压放大器
用数模转换器作为运算放大器的反馈部件，是因为数模转换器内部有一组模拟开关和电阻网络，见图2-11，它们是由淀积在硅片的表面氧化场上的硅铬薄膜R-2R梯形网络组成，具有良好的温度跟踪特性（全温范围内最大线性误差为满量程的0.05%）。CMOS电流开关和控制通道具低功耗和低泄漏电流误差。充分利用以上优点，可克服采用电阻匹配的离散性，及量程转换开关，导通电阻的离散性。原理框图见图2-12。
图2-11 电流开关R-2R梯形网络
D0 寄
存
D7 器
１６
光耦合器 缓 冲 器 VREF Vin Rfb IOUT1 IOUT2 - + 图2-12 数控增益放大器
微机电化学分析系统
§2.3.5.2 程控低通滤波器
由运算放大器构成的有源滤波器无损耗，成本低，且前后级容易耦合。见图2-13。数控低通滤波器为 —12B倍频程有源低通滤波器，也就是说频率每增加2倍，电压增益就降到1/4。
R1 C1 R2
Ci +
C2
图2-13 数控滤波器
电路中采用巴特沃兹滤波器，其振幅特性平坦，过渡响应较好。通过程控改变R的阻值，可获得不同的滤波通带，本系统设定滤波参数为50HZ，100HZ，500HZ, 1KHZ, 5KHZ, 10KHZ, 50KHZ和100KHZ以便用户根据分析研究需要进行设定。
§2.3.5.3 A/D模数转换器
以A/D模数转换器为基础的数据采集电路的设计, 主要从以下几个方面考虑： ① 分辨率和转换时间
A/D分辨率的定义是基于引起数字码变动一个LSB（最低有效位）所需输入模拟量的最小变化量，常用转换器位数（二进制码的位，bit）来表示，转换器的位数越多，分辨能力越强。转换时间是指完成一次A/D转换所需的时间，常用微秒μS(或纳秒nS)为单位。A/D的位数和转换时间，决定了其性能。位数越多，速度越快，误差越小, 其性能越好。LK98BⅡ系统选用美国模拟器件公司生产的16位逐次逼渐式快速A/D转换器AD976，转换速度可达3μS。
② 精度 所谓精度，是指量化误差、非线性、零点误差及满量程误差和温度漂移引起的总误差。 量化误差是A/D转换器固有误差，指二个终端（零点和满量程点）所决定的一根直线的最大偏移。从理论上讲，只有无限多位的A/D，量化误差才能为零（为一条直线）16位A/D转换各点对应的误差为±1/2LSB，这个误差是不能调整的。
零点误差是指输出数字码从0000H变为0001H的输入电压和理想A/D第一次阶跃输入电压的差值为零误差。本仪器增设了A/D调零电路，可以将这一误差减至最小。
满量程误差，是指规定的基准电压时与实际满量程输出的偏离。也就是输入电压由FFFEH刚刚变为FFFFH时所对应理想和实际的差值。本仪器使用A/D满量程调整功能，也可有效解决这一误差。
１７
LK98BⅡ说明书
温度漂移误差，是器件本身特性决定。本仪器选用最大满量程温度系数为50ppm/℃（PPM指百万分之几）满足设计需要。
非线性或叫线性误差，指转换器的转换特性有时是一条曲线，这条曲线偏离直线的程度为线性误差，用LSB或全量程的百分数表示，根据器件指标，线性误差为0.002%（满量程）
由以上分析，由于AD1674A的零误差和满量程误差是可调整，则其精度可保证在±1/2LSB范围内。
③ 控制方式。
一个高速数据采集系统除了A/D转换速度决定外，其采样保持时间，放大器的建立时间，系统软件对A/D数据传送时间，及软件开销都制约着系统速度。当一个A/D与系统连接和控制方式不能达到灵活快捷程度，那么选取再高档的A/D芯片效果仍然不佳。由于AD976具有内部时钟和采样保持电路，在控制方式上可以灵活多变。本仪器采用AD976的独立运行方式和双采样/保持方式。即除了A/D内部具采样保持器外，外加1片采样保持器，用AD976的转换完成信号控制其保持周期。有效的隔离了系统噪音，这对高速数据采集电路尤为重要。
A/D转换完成后，由单片机采用16位存储方式一次将数据读入内存中，这样从硬件上减小了软件开销，速度比八位传送方式提高4～6倍。
综上所述，LK98BⅡ微机电化学分析系统是一种智能化精密仪器，整机设计遵循高精度，高速度，强抗干扰能力的原则进行。所用主要元器件均从国外进口。除了每一部件在抗干扰措施上精心设计外，电源电路的抗干扰措施主要有① 电源变压器采用双屏蔽C型变压器，② 增设了大地、机壳地、模拟地、数字地四种地电位端，仪器后面板具大地输入端。数字地和模拟地严格分开走线。③ 在模拟部分的主电源，充分抑制交流纹波，④ 每一模拟器件电源输入端采用去耦滤波措施。因此，LK98BⅡ微机电化学分析系统达到了九十年代国际同类产品的先进水平，为相关的科学研究与分析测试工作提供了一台强有力的工具。
１８
微机电化学分析系统
第3章 LK98BⅡ的软件特点
§3.1 概述
LK98BⅡ的控制软件分为两部分：一部分是PC机系统工作站（Workstation）的主控程序，一部分是Mcs80c196单片机控制的电化学主机工作程序。微机工作站的主控程序采用VisualC++6.0语言，在Windows98操作系统下编写，而电化学主机的单片机程序，采用Mcs80c196汇编语言，在单片机开发系统上编写，并固化于EPROM中。
Microsoft（微软）公司的Visual C++是世界上最优秀的面向对象编程环境之一，自推出以来，一直受到人们的关注和喜爱。它们以MFC应用框架为基础的编程方法将编程环境提供的代码和资源编程器、编译器、连接、调试器，AppWizard、ClassWizard、Browser等不同编程阶段使用的工具结合的天衣无缝，大大提高了代码编制的自动化程序，使得编程工作简洁、高效。
VisualC++6.0是当前VC++语言的最新版本，是历经多次版本更新后，Microsoft公司与1999年推出的重要产品。Windows下的应用程序与DOS程序有着显著的不同。从表面上看，Windows应用程序中一般有对话框、窗口、菜单等资源，用户需要使用鼠标或键盘等交互手段向程序发送消息，通知程序完成一定的动作功能，Windows程序可以打开一个或多个窗口等。但从更深的角度讲，32位Windows下的应用程序已经根本打破了DOS系统640KB界限的障碍，在程序结构、界面、编程风格等方面有了巨大的差异。在当今Wintel（Windows和Intel）体系主宰PC机的时代，用VC++6.0开发应用程度，具有广泛的适应性，通用性和可移植性，能被绝大多数用户所接受。因此，LK98BⅡ微机工作站的主控程序采用VC++6.0编写。
§3.2 微机工作站主控程序
考虑到用户使用的方便，并且充分利用Windows操作系统的丰富资源和VC++6.0的功能，主控程序采用以菜单命令方式为主，以对话框和快捷命令键为辅的操作方式。 根据需要，主控程序的菜单命令包括以下几种：（如图3-1所示） ⒈ 文件菜单：完成文件的管理与输出。 ⒉ 设置菜单：完成方法选择与参数设置。 ⒊ 控制菜单：完成实验过程的控制。
⒋ 图象菜单：完成图形的修饰与叠加。
⒌ 数据处理菜单：完成对实验数据的各种数学处理。 ⒍ 分析研究菜单：完成实验数据的结果处理与作图。 ⒎ 查看菜单：用于查看实验参数设置与实验详细数据等。 ８.窗口菜单：用于设置新的窗口等功能。
９.帮助菜单：用于帮助操作人员更好地使用本系统。
１９
LK98BⅡ说明书
图3-1 主菜单屏幕显示图
下面对每个菜单中的命令项逐一进行介绍。
§3.2.1 文件菜单命令
文件菜单(快捷键盘命令“Alt+F”)功能如下，如图（3-2）所示：
图 3-2 文件菜单屏幕显示图
新建 — 快捷键盘命令“Ctrl+N”。清除当前缓冲区的数据，以备接受新的数据。此命令有快捷键 。
打开 — 快捷键盘命令“Ctrl+O”。打开已存盘的数据文件，进行各种处理。当选择“打
开”命令时，屏幕弹出打开文件对话框，显示当前磁盘目录，输入要打开的文件名。按下“确定”即打开，按下“取消”则返回。此命令有快捷键 。
存储 — 快捷键盘命令“Ctrl+S”。将当前缓冲区的数据存盘。当选择“储存”命令时，
屏幕弹出储存文件对话框，显示当前磁盘目录，输入要储存的文件名。按下“确
定”即将当前缓冲区的数据存盘，按下“取消”则返回。此命令有快捷键
。
２０