计算机控制实验-过程接口板.doc

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1、716路的数据采集系统实验一：《过程接口板设计》上机报告班级姓名学号一、实验内容设计一个16路的数据采集系统二、实验要求1、输入信号为0-5V；用查询法读取A/D的转换数。2、Protel软件画出该数据采集板的原理线路图。3、简要说明设计思路以及所采用的芯片。三、实验过程1、设计原理其设计包括：①模拟多路开关电路CD4051②运算放大电路AD625③采样保持电路LF398④A/D转换电路AD574A2、设计步骤16路数据采集系统的硬件部分：分为多路数据输入部分、采样保持部分、A/D转换部分、连接电路部分、D/A

2、转换部分。1）多路开关的选择多路转换开关在模拟输入通道中的作用是实现多选一操作，即利用多路转换开关将多路输入中的一路接至后续电路中。切换过程可在CPU或数字电路的控制下完成。常用的模拟开关大都采用CMOS工艺，如8选1开关CD4051、双4选1开关CD4052、三3选1开关CD4053等。本实验要实现16路数据采集，则选择2片8选1的模拟开关CD4051。CD4051由电平转换电路、译码驱动电路和CMOS模拟开关电路三部分组成。开关部分的供电电压为VEE（低端）和VDD（高端），因此需要的控制电压为VEE～VD

3、D，电平转换电路将输入的逻辑控制电压（A、B、C、INH端）从VSS～VDD转换到VEE～VDD以满足开关控制的需要。7716路的数据采集系统CD4051引脚图2）前置放大电路AD625是专为满足两类主要应用要求而设计：1)要求非标准增益(即不能利用AD524和AD624等器件轻松实现的增益)的电路；2)要求低成本、精密软件可编程增益放大器的电路。AD625JN具有低噪声、高共模抑制比(CMRR)和低漂移特性,是一种成本效益最高的仪表放大器解决方案。用户再加三个电阻就可以设置从1至10000的任何增益。AD62

4、5JN的增益误差小于0.05%,增益温度系数小于5ppm/°C；性能限制主要取决于外部电阻。共模抑制与反馈电阻匹配无关。增加一个CMOS多路复用器(或其它开关网络)和适当的电阻网络,便可配置软件可编程增益放大器(SPGA)。由于开关的导通电阻从信号通道中移除,因此基于SPGA的AD625可以提供12位精度,并可以通过编程设置1与10000之间的任何增益,增益步进完全由用户选择。AD625C具有最高精度,输入失调电压漂移小于0.25µV/°C,输出失调漂移小于15µV/°C,最大非线性度为0.001%(G=1)。

5、所有等级的器件均具有出色的交流性能,增益带宽积为25MHz,压摆率为5V/µs,建立时间为15µs。AD625在工业温度范围(-40°C至+85°C)内提供三种高精度等级(A、B、C)产品,在商业温度范围(0°C至+70°C)内提供两种等级(J、K)产品,在扩展温度范围(-55°C至+125°C)内提供一种等级(S)产品。7716路的数据采集系统3）采样/保持电路模拟信号进行A/D转换时，从启动转换到转换结束输出数字量，需要一定的转换时间。在这个转换时间内，模拟信号要基本保持不变。否则转换精度没有保证，特别当输

6、入信号频率较高时，会造成很大的转换误差。要防止这种误差的产生，必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住，而在A/D转换结束后又要跟踪输入信号的变化。实现这种功能可以用采样/保持器来实现，因而，由于采样/保持器的加入，大大提高了数据采集系统的采集频率。LF398具有采样和保持功能，它是一种模拟信号存储器，在逻辑指令控制下，对输入的模拟量进行采样和寄存。图5-3是该器件的引脚图。各引脚端的功能如下：①和④端分别为VCC和VEE电源端。电源电压范围为±5V～±15V。②端为失调调零端。当输入Vi=0，且在逻辑输入

7、为1采样使，可调节②端使Vo=0。③端为模拟量输入端。⑤端为输出端。⑥端为接采样保持电容CH端。⑦端为逻辑基准端（接地）。⑧端为逻辑输入控制端。该端电平为“1”时采样，为“0”时保持。7716路的数据采集系统4）模/数转换电路A/D转换器是数据采集系统的关键器件，选择A/D转换器时，要根据系统采集对象的性质来选择其类型。模拟多路开关模数转换单片机控制逻辑模拟输入信号放大器采样保持多通道共享采样/保持器与A/D转换器图A/D转换器的选择模数转换电路的作用是把模拟信号转化数字信号。模/数转换电路选取逐次逼近型12位

8、模数转换器AD574.7716路的数据采集系统AD574的工作方式双极性模拟输入有两种量程：-5V～+5V量程从13引脚输入；-10V～+10V量程从引脚14输入。此实验中的AD574采用双极性工作方式，连接方法如图所示。双极性偏移调节端BPLRof通过电位器W2接至参考电压输出端REFOUT以取得10V的偏移电压，参考电压输入端REFIN通过电位器W1接至参考电压输出端REFOUT。