第1章 任务分析与方案确定
根据系统基本要求，将本系统划分为如下几个部分： ? 信号调理电路
? 8路模拟信号的产生与A/D转换器 ? 发送端的数据采集与传输控制器 ? 人机通道的接口电路 ? 数据传输接口电路
数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC或其它设备）组成。系统框图如图1-1所示
图1-1 一般系统框图 1.1 信号采集分析
被测电压为0～5V直流电压，可通过电位器调节产生。
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1.1.1 信号采集
多路数据采集系统多采用共享数据采集通道的结构形式。 数据采集方式有顺序控制数据采集和程序控制数据采集。
方案一：顺序控制数据采集，顾名思义，它是对各路被采集参数，按时间顺序依次轮流采样。原理如下图1-2所示，系统的性能完全由硬件设备决定。在每次的采集过程中，所采集参数的数目、采样点数、采样速率、采样精度都固定不变。若要改变这些指标，需改变接线或更换设备方能实现。数据采集时，控制多路传输门开启和关闭的信号来自脉冲分配器，在时钟脉冲的推动下，这些控制信号不断循环，使传输门以先后顺序循环启闭。
图1-2 顺序数据采集原理
方案二：程序控制数据采集，由硬件和软件两部分组成。，据不同的采集需要，在程序存储器中，存放若干种信号采集程序，选择相应的采集程序进行采集工作，还可通过编新的程序，以满足不同采样任务的要求。如图1-3所示。
程序控制数据采集的采样通道地址可随意选择，控制多路传输门开启的通道地址码由存储器中读出的指令确定。即改变存储器中的指令内容便可改变通道地址。
由于顺序控制数据采集方式
图1-3 程序控制数据采集原理 - 7 -
缺乏通用性和灵活性，所以本设计中选用程序控制数据采集方式。
采集多路模拟信号时，一般用多路模拟开关巡回检测的方式，即一种数据采集的方式。利用多路开关（MUX）让多个被测对象共用同一个采集通道，这就是多通道数据采集系统的实质。当采集高速信号时，A/D转换器前端还需加采样/保持(S/H)电路。
待测量一般不能直接被转换成数字量，通常要进行放大、特性补偿、滤波等环节的预处理。被测信号往往因为幅值较小，而且可能还含有多余的高频分量等原因，不能直接送给A/D转换器，需对其进行必要的处理，即信号调理。如对信号进行放大、衰减、滤波等。
通常希望输入到A/D转换器的信号能接近A/D转换器的满量程以保证转换精度，因此在直流电流电源输出端与A/D转换器之间应接入放大器以满足要求。
本题要求中的被测量为0～5V直流信号，由于输出电压比较大，满足A/D转换输入的要求，故可省去放大器，而将电源输出直接连接至A/D转换器输入端。
多路数据采集输入通道的结构图1-4所示。
图1-4 多路数据采集输入通道结构 注：缓慢变化信号和直流信号，采样保持电路可以省略。
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1.1.2 A/D转换器的选取 1.转换时间的选择
转换速度是指完成一次A/D转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。A/D转换器型号不同，转换速度差别很大。通常，8位逐次比较式ADC的转换时间为100us左右。由于本系统的控制时间允许，可选8位逐次比较式A/D转换器。
2.ADC位数的选择
A/D转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。
要求精度为0.5%。对于该8个通道的输入信号，8位A/D转换器，其精度为
2输入为0～5V时，分辨率为
?8?0.39%
v?5?0.0196V2?12?1FsN8
v—A/D转换器的满量程值
FsN —ADC的二进制位数
量化误差为
Q?vNFs(2?1)?2?5(2?1)?28?0.0098V
ADC0809是TI公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，包括一个8位的逼近型的ADC部分，并提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的方便。
用它可直接将8个单端模拟信号输入，分时进行A/D转换，在多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛,所以本设计中选用该芯片作为A/D转换电路的核心。
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1.2 控制与显示方法分析
用单片机作为这一控制系统的核心，接受来自ADC0809的数据，经处理后通过串口传送，由于系统功能简单，键盘仅由两个开关和一个外部中断端组成，完成采样通道的选择，单片机通过接口芯片与LED数码显示器相连，驱动显示器显示相应通道采集到的数据。
1.2.1 单片机系统分析 1.复位电路
单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。51的RST引脚是复位信号的输入端。复位电平是高电平有效，持续时间要有24个时钟周期以上。本系统中单片机时钟频率为6MHz则复位脉冲至少应为4us。 方案一：上电复位电路
上电瞬间，RST端的的电位与Vcc相同，随着电容的逐步充电，充电电流减小，RST电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器建立时间加上二个机器周期，在这段时间里，振荡建立时间不超过10ms。复位电路的典型参数为：C取10uF,R取8.2k,故时间常数
?=RC=10?10?6?8.2?103=82ms
图1-5 上电复位 以满足要求。 方案二.外部复位电路
按下开关时，电源通过电阻对外接电容进行充
图1-6 外部复位 - 10 -