2017毕业论文-多路模拟信号采集电路设计

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1、中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书1绪论1.1课题来源及研究的目的和意义近年来，数据采集与处理的新技术、新方法，直接或间接地引发其革新和变化，实时监控(远程监控)与仿真技术(包括传感器、数据采集、微机芯片数据、可编程控制器PLC、现场总线处理、流程控制、曲线与动画显示、自动故障诊断与报表输出等)把数据采集与处理技术提高到一个崭新的水平。“数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。从严格意义上说，

2、数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。　　数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。同时，将计算得到的数据进行显示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将

3、被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。　　　　数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求[1]。现场可编程门阵列(FPGA，FieldProgrammableGate第42页共43页中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书Array)的出现是超大规模集成电路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术发展的结果，是当代电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的硬件描述语言的可修改性

4、、高集成性、高速低功耗、开发周期短、硬件与软件并行性决定了它的崛起是必然的趋势。现场可编程门阵列FPGA器件是Xilinx公司1985年首家推出的，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作，其内部由许多独立的可编程逻辑模块(CLB)组成，逻辑块之间可以灵活的相互连接。CLB的功能很强，不仅能够实现逻辑函数，还可配置成RAM等复杂的形式。配置数据存放在片内的SRAM或者熔丝图上，基于SRAM的FPGA器件工作前需要从芯片外部加载配置数据。配置数据可以存储在片外的EPROM或者计算机上

5、，设计人员可以控制加载过程，在现场修改器件的逻辑功能，即所谓现场可编程[2][3]。1.2数据采集系统研究现状随着数字化进程的加快，工业生产和科学研究等各个领域对数据采集提出了更高的要求。数据采集作为信息处理系统的最前端，从广义上讲，主要包括以下几个方面：数据的采集、数据的存储、数据的初步处理等，并且一般需要通过PC接口总线将数据送入计算机，根据不同的需要进行相应的算法处理。简言之，数据采集系统的主要任务就是把输入的模拟信号转换成数字信号，并对其进行处理，为进一步操作做准备。数据采集技术已经在雷达系

6、统、通信设备、水声探测、遥感探测、语音处理、智能仪器设备、工业自动化系统以及生物医学工程等众多领域得到广泛的应用，并取得了巨大的经济效益和提高了工作效率。随着工业化和现代化水平的不断发展，以数据采集系统为核心的设备迅速在国内外得到了广泛的应用，且对数据采集的要求日益提高。数据采集系统追求的主要目标有两个：一是精度高，二是速度快，一般是在保证精度的前提下提高速度；提高数据采集的速度主要是提高了工作效率和扩大数据采集系统的适用范围。目前，数据采集系统一般从数字信号处理器(DSP)和总线技术两个方面进行技

7、术改进以提高精度和速度。随着电子技术和计算机技术的不断发展，高性能DSP芯片层出不穷，新型高速、高分辨率的数据转换部件不断涌现。数据采集系统的接口方式也己经拓展到ISA、PCI、USB、EIEEl394及VXI、PXI等多种总线接口，USB总线由于具有安装方便、高带宽、易扩展等优点，其中USB2．0标准有着高达480Mbs的理论传输速率(USB3．0标准也已经发布)，已经逐渐成为计算机接口的主流。目前形成了以插卡式和便携式为主的两种产品，数据采集系统可分为基于板卡的集中式数据采集系统和基于分布式的数

8、据采集系统。集中式的基本方式是采用数据采集卡进行数据采集，将一块基于ISA或PCI的板卡插入PC机上，把外部信号引至计算机的端口然后接入数据采集卡，通过定制的软件就可以进行采集，其显著优点是成本较低、速度块。但是，采用板卡安装麻烦、价格昂贵、易受干扰，同时由于计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。第42页共43页中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书分布式的基本方式之一是智能采集模块记录信号，通过一些通用总线如RS232，RS485进行传送，