湖南工程学院毕业设计论文 输入5～10V的要求，此外，某些传感器的内阻比较大，输出功率较小，这样放大器还起到了阻抗变换器的作用来缓冲输入信号。
图2.2数据采集系统的原理图
现场模拟参量在经过互感器和放大器转换成为相应的电压电流信号后，还必须经过滤波器，进行进一步的幅值调整和滤波处理。因为运行现场有各种干扰信号，如果不处理，就会直接影响中央处理模块的处理结果，造成测量不准确，甚至使开关电器误操作。
在数据采集系统中，往往要对多个物理量进行采集，即所谓多路巡回检测，这可通过多路模拟开关来实现。模拟开关之后是模拟通道的转换部分，它包括采样/保持和A/D转换电路。采样/保持电路的作用是快速拾取模拟多路开关输出的子样脉冲，并保持幅值恒定，以提高A/D转换器的转换精度，如果把采样/保持电路放在模拟多路开关之前，还可实现对瞬时信号进行同时采样。
2.2.3 主要器件的介绍
2.2.3.1 MAX197简介
MAX197是美国美信公司（MAXIM）推出的多通道、多输入范围12位模数转换器。它只需单电源+5V供电，通过软件编程选择8个输入通道的一个进行模数转换。每个输入通道的模拟信号电平范围为：+10V～-10V、+5V～-5V、0～10V、0～5V，使用户非常方便地与输出信号为标准4～20mA的非电量变送器或由+5V～-5V和+12V～-12V电源供电的传感器接口。芯片内带采样保持器，转换时间为6μs，采样速率可达100ksps，可通过软件选择内部或外部时钟。
该芯片提供数据读取并行接口方式，可与任何标准的微处理器简便联接，因此广泛应用于工业控制系统、机器人、数据采集系统、医疗仪器及电信系统中。 （1）其主要特征如下： ①单电源供电：+5V；
- 7 -
高压开关柜智能单元设计 ②分辨率：12位，线性误差：1/2LSB；
③可以软件选择输入信号电平范围：+5V～-5V、+10V～-10V、0～5V、0～10V； ④8个模拟输入通道；
⑤转换时间：6μs；采样速率：100kbps； ⑥内部或外部时钟；
⑦内部4.096V基准电压源或外部基准电压源； ⑧内部或外部采集控制；
⑨两种可编程的降低电源消耗的模式； （2）脚排列为28脚双列直插形式，如图2.3所示。
CLK——时钟输入端。在外部时钟模式，可选用TTL/CMOS电平兼容的时钟信号，在内部时钟模式，可在此引脚与地之间连接一电容来设置时钟频率，典型值为：选Cdk＝100Pf时，fclk＝1.56MHZ。
CS—— 片选信号。低电平有效。
在内部控制WR——当片选信号有效时，
获取方式下，WR的上升沿锁存控制字并启动
图2.3 MAX197管脚示图
一次转换，在外部转换控制方式下，WR的第一个上升沿使采用保持器开始采样，第二个上升沿（这时ACQMOD＝0）使采用保持器进入保持期并开始模数转换。
RD——当片选信号CS有效时，RD的下降沿将把转换结果放到数据总线上
HBEN——为高电平时，高4位转换结果放到数据总线上；为低电平时，低8位转换结果放到数据总线上。
SHDN——关闭，低电平时芯片进入全掉电工作模式。
D3/D11——三态数字I/O口，D3输出（HBEN＝0）或D11输出（HBEN＝1）。 D2/D10——三态数字I/O口，D2输出（HBEN＝0）或D10输出（HBEN＝1）。 D1/D9——三态数字I/O口，D1输出（HBEN＝0）或D9输出（HBEN＝1）。 D0/D8——三态数字I/O口，D0输出（HBEN＝0）或D8输出（HBEN＝1）。 D7～D4——三态数字I/O口。 AGND——模拟地。
CH0～CH7——模拟信号输入通道。
INT——当A/D转换结束且输出数据以准备好时，INT为低电平。
- 8 -
湖南工程学院毕业设计论文 REFADJ——参考电压源调整端。 REF——参考电压端。 VDD——正电源电压端。 DGND——数字地。 （3）工作原理 ①控制字格式
表2.1 控制字格式
D7 PD1 D6 PD0 D5 ACQMOD D4 RNG D3 RIP D2 A2 D1 A1 D0 A0
PD1、PD0——用于选择时钟及掉电工作模式
ACQMOD——0表示内部获取模式，1表示外部获取模式 RNG、BIP——输入信号电平范围选择 A2、A1、A0——模/数转换通道选择 详见表2.2、2.3、2.4
②输出数据格式
单极性转换时，输入电压范围为：0～VREF31.22或0～VREF32.44，转换为二进制数为0000H～0FFFH；双极性转换时，输入电压范围为：±VREF31.22或±VREF32.44，转换为二进制数为：0～VREF31.22或VREF32.44对应0000H～07FFH，-VREF31.22或-VREF32.44～0V对应0FFFH～0800H。
③模拟信号采样保持及模数转换
在内部控制获取模式时采样保持器在信号的上升沿开始采样外部信号，6个时钟周期后，采样结束进入保持期并开始进行模数转换。在外部控制获取方式时，采样保持器在WR信号的第一个上升沿（ACQMOD＝1）开始采样外部信号，这种状态一直维持到第二个上升沿（这是ACQMOD＝0）来临时进入保持期，并开始进行模数转换。若这时ACQMOD仍等于1，则开始另一次不定时的采样过程。
④掉电工作模式
为节省功耗，可以在不使用该器件期间使它工作在低电流地关闭模式。关闭工作模式可由硬件或软件进行控制。硬件控制时，可使SHDN端为低电平，芯片便立即中止转换进入全掉电模式；软件控制时，可通过控制字的PD0、PD1两位编程选择是等待掉电模式还是全掉电模式。软件设置后，要等到本次转换结束后才进入相应的掉电模式，在所有掉电工作模式中，接口电路仍正常工作，转换结果也可以读出。器件在接下来的第
- 9 -
高压开关柜智能单元设计 一个WR信号的下降沿返回到正常工作模式。
表2.2 时钟及掉电工作模式选择
PD1 0 0 1 1 PD0 0 1 0 1 工作模式 正常操作/外部时钟模式 正常操作/内部时钟模式 等待掉电模式/时钟不影响 全掉电模式/时钟不影响
表2.3 输入信号电平范围选择
BIP RNG 0 0 0 1 1 0 1 1 输入范围 0～5V 0～10V +5V～-5V +10V～-10V
表2.4 通道选择
A2 0 0 0 0 1 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 0 1 0 1 CH0 ★ CH1 ★ CH2 ★ CH3 ★ CH4 ★ CH5 ★ CH6 ★ CH7 ★
1 2.2.3.2 电压互感器GYV—7
（1）特点
①线性度优于0.1%，全树脂密封，隔离度高，耐冲击性强。 ②小巧轻便，能直接焊接在印刷线路板上。 （2）性能指标
输入电压：＜1000V （外接限流电阻调节） 输出电压：0～8V （外接标准电路调节） 线性度：优于0.1%
相 移：小于5° （经过补尝后） 隔离耐压：2000V AC
- 10 -
湖南工程学院毕业设计论文 过载范围：二倍额定 匝数比：1：1 原边电阻：约100Ω 付边电阻：约100Ω 重量：15～16克 （3）使用方法
GYV—7是一种电流型电压互感器，典型应用电路如图2.4上图所示。输入电压经限流电阻R1，使经过GYV—7电压互感器初级（原边）的额定电流为1mA（或某个用户自定的合理值），次极（副边）会产生一个相同的电流。通过运算放大器的作用，用户可以通过调节反馈电阻R的值在输出端得到所要求的电压输出。而电容C及可调电阻r是用来补偿相移的。不需补偿相移的场合，电容C及可调电阻可以不接。运算放大器的电源电压通常取±12V或±15V，也可根据情况自定。图中反馈电阻R和限流电阻R1要求度优于1%，温度系数优于50PPM。推荐使用状态是1mA/1mA。 2.2.3.3 电流互感器GYA—7
（1）特点
①线性度优于0.1%，全树脂密封，隔离度高，耐冲击性强。 ②小巧轻便，能直接焊接在印刷线路板上。 （2）性能指标 输入电流：0～60A 输出电流：0～60mA 线性度：优于0.1%
相 移：小于5°（经过补尝后） 隔离耐压：2000V AC 过载范围：二倍额定 匝数比：1：1000 付边电阻：约100Ω 重量：15～16克 体积：26326320 （3）使用方法
GYA—7是一种精密电流互感器，典型应用电路如图2.4所示。输入额定电流为5A，副边会产生一个5mA的电流。用户可通过调节反馈电阻R的值在输出而电容C及可调电阻r用来补偿相移不需不需补偿相移的场合，电容C及可调电阻r可以不接。运算放大
- 11 -