模拟信号采集系统

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1、课程设计说明书（论文）课程名称：课程设计І设计题目：模拟信号数字采集系统院系：电子与信息工程学院班级：设计者：学号：指导教师：10设计时间：2012年6月7日至2012年6月30日2012年6月30日模拟信号数字采集系统设计一．目的和意义目的：(1)深入理解模拟信号和数字信号的特点和处理方式；(2)掌握模数转换原理；(3)掌握模拟和数字电路的设计方法。意义：提高对于模拟电路和数字电路的认识，了解硬件系统开发流程，掌握相关设计软件的应用。二．模拟信号的采集原理图0模拟信号转换数字信号原理三、系统的组成1.系统基本原理本设计上采用的是运用单片机AT89S52

2、控制芯片A/D转换器0804来进行模拟信号采集，将模拟信号转化为数字信号。用单片机通过状态口读入A/D转换器的状态，判断它是否转换结束。一旦转换结束，CPU发出数据输出允许信号，读入转换完成的数据。2.系统硬件电路设计2.1A/D转换器使用时要注意的问题2.1.1模拟输入电压的连接10A/D转化芯片的模拟输入信号可是单端输入，也可是差动输入。当芯片引脚说明有标号VIN(+)和VIN(-)时为差动输入，此时这两引脚都为模拟信号输入端。如果用单端输入正向模拟信号，则可将输入信号加到VIN(+)，而VIN(-)接地；如果单端输入负信号，则VIN(+)接地，VI

3、N(-)连接输入信号；如果为差动输入，直接将模拟信号加到VIN(+)和VIN(-)上。2.1.2启动信号处理A/D转换芯片要求的启动信号一般有2种：一种是电平启动，要求在整个转换过程中启动信号始终有效，这时常用单片机的I/O口或触发器锁存启动信号，使其在转换期间保持有效；另一种是脉冲启动，即只需一个脉冲就可以启动转换过程，不需要在转换期间内保持有效，这时常需要输出指令产生的片选信号和写信号来产生启动脉冲。2.1.3总线冲突问题A/D转化芯片的模拟输出与单片机的系统相连接时，要考虑总线冲突问题。若A/D转换芯片内部有三态输出门，当A/D转换结束时，自动打开

4、输出与外界的连接，这种芯片可以直接将输出端与单片机系统的数据总线相连。若A/D转换芯片在输出端带有三态控制，输出时其三态门由外部读信号打开，则可以直接与单片机数据总线相连，当A/D转换结束时，由单片机的CPU发出一条读指令打出三态门，连通A/D转换芯片输出与单片机数据总线。还有A/D转换芯片没有三态门电路的，就必须外加接口芯片或三态门芯片才能与单片机系统总线相连，否则容易产生总线冲突。使用8位以下的A/D转换芯片时，可以直接从单片机的一个P口读到转换后的数字量；当A/D转换芯片的位数大于8时，则须考虑单片机I/O口与A/D转换芯片输出引脚的连接，分两次读

5、出A/D转换结果。2.1.4EOC信号及数据A/D转换结束后，A/D转换芯片会发出EOC信号，通知单片机可以读取数据。单片机读取数据的方式有3种：查询方式。启动A/D转换后，CPU即不断循环检测EOC信号，直到EOC信号有效，转换结束，读取数据。中断方式。将A/D转换芯片的EOC引脚与单片机的外围中断引脚相连即可实现中断方式读取数据。当转换结束时，A/D转换芯片发出EOC信号，单片机进入中断，在中断服务程序中完成数据读取。固定时间延时。如果知道A/D转换芯片时间，就可以用这种方式。在A/D转换开始后，启动延时程序，延时时间到，再查询EOC信号，直至其有效

6、便读取数据。这种方法可以弥补转换时间的微小差异。2.1.5双参考电压引脚的连接10通常情况使用中，可以将VREF（-）接地，直接将VREF（+）作为参考电压。当输入的模拟量不是从0开始，模拟量最大值也不满量程值时，可将VREF（+）和VREF（-）接在电源分压后产生的对应电压值结点上。2.1.6选择恰当的位数和转换速率分辨率和转换速率的选择应比实际的要求略高一点，稍留余地。确定是否需要加采样保持电路，主要是为了减小孔径误差。2.2应用中减小A/D误差的措施在实际应用中，常出现A/D转换不够稳定或误差偏大等功能故障，这主要是电路设计引起的。2.2.1恰当的

7、印刷电路设计印制板的布线的电抗、电压等许多参数，影响ADC的功能。2.2.2模拟输入通道的外部接口ADC模拟输入端电路模型见图1所示，可以将外部电路网络看作一个内阻为RS的信号源。设计中要考虑的因素主要有：模拟信号输入引脚的漏电流、采样电容的充电时间、输入引脚至采样电容的串联电阻以及噪声干扰等因素。模拟输入引脚的漏电流在RS上产生压降，减小ADC输入端电压值，从而降低A/D转换结果的静态值。通常，为了不超过最大允许误差，RS应小于50KΩ。电阻R、RS与采样电容C共同组成RC电路，外部模拟信号必须能在采样电容的电容电压上达到精确的数值，延长此RC电路的时

8、间常数有可能引起误差。为了对输入信号做出快速反应，比较器必须是宽频带的，这样很容