现代测量与误差分析作业_四通道数据采集电路及四路输出驱动控制电路
四通道数据采集系统
四通道数据采集系统姓名：□□□学号：113110000918摘要：数据采集技术是信息科学的一个重要分支，它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等工作，一个数据采集系统通常是由数据采集、信号调理、数据转换以及存储等4个主要部分组成。
本文主要研究了一种基于AD7934-6的数据采集系统的整体实现，具体包括信号调理电路设计、ADC外围电路设计及ADC驱动设计。
设计了信号调理电路，高性能的信号调理电路是实现良好测量精度的重要条件，合理且简单的数据采集前端处理既是对硬件电路的简化，提高硬件系统可靠性，也简化处理器软设计、减小软件处理时间。
给出了ADC驱动时序，处理器对ADC的合理驱动使ADC在合理的时序工作，确保ADC转换的可靠性。
关键字：数据采集、调理电路、ADC驱动1本文完成的工作在查阅了相关数据采集系统文献的基础上，本文设计了信号调理电路、ADC 外围电路以及CPU对ADC的驱动逻辑。
基本完整地设计了一种基于AD7934-6的数据采集系统的硬件电路原理图及软件驱动。
2 硬件原理图设计2.1 信号调理电路数据采集前端信号调理电路就是在数模转换前对信号调理的过程。
送入数据采集系统的模拟信号经过传感器转换成电信号，电信号必须经过合理的信号调理电路才能达到较好的测量精度，而合理的数据采集前端处理结构能简化电路，降低实现难度，保证系统的可靠运行。
信号调理电路就是从信号输入到ADC转换之间的模拟电路，包括输入电路、前置放大器、电源电路等。
本数据采集系统需对压力传感器输出的标准4~20mA电流进行采样。
系统中电流采样是通过采样电阻将小电流信号转换成电压信号并且经过调理电路后进行采样。
由于电流信号是通过AD7934-6模数转换器来完成，当参考电平设置为2.5V时，ADC采样口只能输入0~2.5V电压，所以调理电路输出应该不大于2.5V。
本系统所设计的调理电路由单个运算放大器构成。
本系统的采样电阻选择100Ω电阻，运算放大器选择的是LM358，其内部包含两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器。
四路巡检仪整体功能介绍
四路巡检仪1：整体功能简介第一步，信号调理电路将0-5V，1-5V标准电压或者0-10MA，4-20MA标准电流信号转换成0-5V电压信号。
第二步，通过控制模拟开关CD4052的AB两个二进制端口，选择接通Y0-Y3或者X0-X3其中一个通道。
在本系统中，仅使用Y通道，输出为Y OUT。
第三步，CD4052输出的电压通过A/D转换器MCP3202转换成12位的数字信号，并通过单片机的P1^1端口送入单片机。
第四步，STC89C52将接收到的数据进行转换和处理。
一方面，通过端口P2^0-P2^3控制74HC154，使其控制某个数码管或者光柱的共阳极置高或者置低；另一方面，通过P0端口和P2^4-P2^7分别控制锁存器74HC573的选通和数据的输入，使得某个被选择的数码管或者光柱按照指定的格式显示。
第五步，通过对C1-C4逐个置高电平，检测4个按键是否被按下。
如果检测到对应的KEY 端口在经过防抖动处理后有高电平，则按照键值处理函数进行相应的处理。
第六步，X25045保存了整个系统的配置信息。
在系统运行过程中，通过对上下限的处理，进而控制报警电路。
2：各子器件和电路的作用2.1信号调理电路通过一个10K电阻和51K电阻的串联，利用电阻的分压原理，可将电压和电流信号转换成统一的电压信号。
四组标准输入信号的输出分别为：0-5V电压信号：输出范围为0-4.17V1-5V电压信号：输出范围为0.17-4.17V0-10MA电流信号：输出范围为0-5.1V4-20MA电流信号：输出范围为2.4-10.2V缺陷：1：统一的信号调理电路，不能有效的针对所有的信号输入，尤其是没有加截至二极管，不能有效防止输入信号电压超过CD4052的调节范围。
2：对于电流输入信号而言，当转换的电压超过4.5V时，其超出了CD4052的标陈控制范围。
2.2数字控制模拟开关CD4052CD4052是一个差分4通道数字控制模拟开关,有A、B两个二进制控制输入端和INH 输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。
4路输入4路(继电器)输出 智能数字量采集器
LW M72444路输入4路（继电器）输出智能数字量采集器使用说明第1章产品概述 (3)1.1概述 (3)1.2性能特点 (3)1.3技术参数 (4)第2章外观尺寸 (5)2.1产品外观 (5)2.2.1前视图 (5)2.2.2后视图 (6)2.2.3侧视图 (6)2.2.4顶视图 (6)第3章产品接线图 (7)产品接线图 (7)第4章引脚说明及指示灯 (8)4.1引脚定义 (8)4.2LED指示灯 (8)第5章软件操作 (9)5.1搜索IO模块 (9)5.2设置IO模块 (10)5.3测试IO模块 (12)第6章通讯协议及寄存器定义 (14)6.1通讯协议 (14)6.1.1读线圈状态 (14)6.1.2写单个线圈状态 (15)6.1.3写多个线圈状态 (15)6.1.4读保持寄存器 (16)6.1.5写单个保持寄存器 (17)6.1.6写多个保持寄存器 (17)6.1.7错误码表 (18)6.2寄存器定义 (18)6.2.1公共寄存器 (18)6.2.2M7244 寄存器 (19)6.3协议应用范例 (20)6.3.1读寄存器命令举例 (20)6.3.2写单个寄存器命令举例 (21)6.3.3写多个寄存器命令举例 (22)第7章装箱清单 (23)第1章产品概述1.1概述LW M7244为智能数字量采集器，产品具有4路干接点数字量输入和4路C型继电器输出数字量；电源及RS485接口均加入防雷保护电路，产品稳定可靠；丰富的指示灯方便调试，运行状态一目了然；采用标准ModbUSRTU协议，方便系统集成商、工程商使用；通过RS-485即可实现对远程模拟量设备的数据采集和控制。
Dl输入通常有接入接近开关、机械开关、按钮、继电器、光电开关、烟感、水浸、红外探测器、气体泄漏报警器等数字量开关设备；DO通常可控制继电器、接触器、SSR及电灯等负载设备。
针对工业应用，RS485通讯接口采用光电隔离设计，避免工业现场信号对通讯接口的影响，具有良好的兼容性及稳定性，同一总线上支持最多255个设备在线通讯；标准MOdbUSRTU通讯协议及常用功能码，使得用户可以更加轻松实现与SCADA软件、HMl设备及支持MOdbUSRTU协议的PLC等设备和系统的整合应用；提供协议和示例代码，使您的二次开发更加灵活、简便、高效。
数据采集与分析技术(第2版)课件：数据采集系统常用电路
数据采集系统常用电路
为了进一步说明 AD585 的应用，我们给出 AD585 与 12 位采样芯片 AD578K 的连接电路图，如图 6.11 所示，其 中 AD578K 的 27 脚作为 10V 范围输入脚与 AD585 的输出 脚相连。 AD578K 的 21 脚为采样变换启动命令脚，由高跳 低时启动采样。 AD578K 的 20 脚为结束采样信号端，在采 样期间保持高电平，驱动 AD585 的 12 脚( HOLD )保持信号。
数据采集系统常用电路
假若保持命令与 A / D 的转换命令同时发出，那么当输 入信号变化缓慢到在孔径时间T P 内输入信号的变化量小于 A / D 转换的分辨力时，采集系统不需要采样/保持器。即当 允许输入信号最大变化率(d V / d t )max 与采样/保持器的孔径 时间 T P 的乘积量小于 A/ D 转换器所能分辨的最小电压( 2- n ×V F ，其中 V F 是 A / D 转换的满度值)时，也就是
6. 1. 2 CD4051 CD4051 是常用的由场效应管组成的单端 8 通路模拟开
关，它的原理图如图 6. 3 所示。它有 3 根二进制的控制输入 端 A 、 B和 C以及1根禁止输入端 INH (高电平禁止)。片上 有二进制译码器，可由 A 、 B 和 C 共 3 个二进制信号在 8 个通路中选择 1 个。当 INH 为高电平时，无论 A 、 B 和 C 为何值， 8 个通路都不通。
多路转换设计中最令人关心的电气元件是开关器件，一 般常用的是机电开关和固体多路开关。机电开关有干簧继电 器、湿式水银继电器等。机电开关在通断指标方面具有近似 理想的电气特性，但是速度和体积等方面则不够理想。另外， 在簧片和连线间还存在有热电势。固体多路开关有双极型晶 体管、场效应管，目前集成电路中多用 CMOS 结构， CMOS 集成电路开关体积小、速度快、导通电阻较低。
现代检测技术及应用习题和思考题答案
习题和思考题参考答案第一章1. 试举例说明某种检测仪器在过去一百年里的变迁以及未来的发展趋势。
2. 举例说明现代检测技术在某个行业的应用。
3. 检测技术和基础科学创新具有什么关系？试举一例说明两者之间的依赖关系。
4. 检测系统由哪几个部分组成？各部分的功能是什么？答：检测系统由传感器、信号采集处理电路、显示/输出单元组成。
传感器把被测量转化成模拟或数字电信号。
信号采集处理电路对传感器输出信号进行处理，如果是模拟信号则通过信号调理电路进行滤波、转换、放大然后通过模数转换器件转换成数字信号，如果是数字信号则可以直接读入寄存器或微处理器，然后在微处理器里进行数字信号处理。
显示/输出单元用以显示或输出检测系统的测量结果。
5. 自动化系统里一定包含检测装置吗？检测装置对自动化系统具有什么作用？答：自动化系统不一定包含检测装置，比如一些开环控制系统，定时控制系统就不需要检测装置。
检测装置一般用来直接或间接检测自动控制系统的输出量，然后反馈给控制器对受控量进行调整。
6. 智能化系统里是否一定包含检测装置？检测装置的作用是什么？答：智能化系统都包含了检测装置，因为智能化控制需要根据检测装置的反馈才能进行智能控制。
检测装置用来感知被控对象或所处环境的各种变量，控制器根据这些变量的大小对物理对象进行智能控制。
7. 现代检测技术具有哪些发展趋势？答：集成化、智能化、网络化、拓展并创新面向极端环境/极限测量任务的新型检测技术和方法。
第二章1.检测系统的静态特性指标有哪些？答：检测系统的静态特性指标主要有量程、灵敏度、线性度、迟滞误差、重复误差、精度等级等。
2.什么是不失真测量？不失真测量对检测系统的频率特性有什么要求？答：不失真测量是指检测系统的输出信号与输入信号波形一致，虽有时间上的延迟但没有任何波形差异。
要做到不失真测量，在输入信号的频率范围内，检测系统的幅频特性应该为常数，相频特性为一条直线。
3.有一压力传感器，测量压力范围为0 ~100 k Pa，输出电压范围为0 ~1000mV, 实测某压力值，传感器输出电压为512mV，标准传感器的输出电压为510 mV。
四路低本底aB测量仪电路设计
图1 四路低本底αβ测量仪原理图图2 电流-电压变换基本电路2013.930585173由于探头（光电倍增管）输出信号为微弱电流信号，因此放大电路采用电流-电压变换方式，基本电路如图2，一般R f采用温度系数较小的金属膜电阻，温度影响较大的碳膜电阻一般不宜采用。
此外，一般用途的同轴电缆会因为受力而产生噪声，所以选用低噪声同轴电缆线。
另外，测量微弱电流最好前置放大器使用FET型输入法[3]。
设计的放大矩阵由四路主放大电路和两路反符合放大电路组成，单路放大比较电路由两级放大组成，如图3所示。
第一级放大器采用电荷灵敏放大电路，该电路具有良好的低噪声性能，并且其输出信号幅度基本不受探测器电容、放大器开环时输入电容和电压增益等参数稳定性的影响。
第一级放大器将光电倍增管输出的微弱电流信号转换成较大的电压信号，其输出一路直接到比较器1和比较器2，作为较大幅度信号（α和β高阈）输出；另一路输出到第二级放大器。
第二级放大器采用同相放大器结构，对信号二级放大后输出到比较器3，作为较小信号（β低阈）输出。
放大芯片采用美国AD公司高速JFET 输入型放大器A D8066，工作电压±12V。
比较矩阵比较矩阵对经过放大整形后的6路信号进行比较，把模拟幅度信息转换成数字脉冲信号，每路主探头的信号经过比较后生成3路数字脉冲信号（分别对应高、低β阈和α阈），6路信号经过比较矩阵后共生成14路数字脉冲信号（12路主信号和2路反符合信号）。
设计的比较矩阵由14个比较器组成，如图3所示。
比较器选择高速比较器LM211，该比较器输出为OC输出，因此可同时实现电平的转换，直图3 放大比较电路图4 CPLD内部逻辑框图522013.9微控制器MCUMCU是仪器的控制中心，完成高压参数和比较阈值参数的配置以及测量数据的读取和发送，并接收主机送来的命令参数。
MCU采用最新的ARM CORTEX-M3内核的STM32单片机，型号为STM32103VBT6，主频为72MHz，128K字节FLASH，20K字节RAM，100管脚封装。
4路模拟量采集模块接线图DAM-7041
4路模拟量采集模块接线图DAM-70414路模拟量采集模块详解：模拟量采集模块可采集4 路差分模拟信号；模块采用高性能 16 位AD 芯片，采集测量精度±0.1%。
适用于采集工业现场的各种电压和电流信号。
采用光电隔离技术，有效保障数据采集可靠及安全。
所谓模拟量信号是指连续的，任何时刻可为任意一个数值的信号，例如我们常见的温度、压力、流量等信号。
对于工业控制现场常见的模拟量信号，可以通过传感器获取其值的变化，为获取传感器的输出值就需要采用模拟量输入模块。
采用先进的高精度集成数模转换器，分辨率高达16 位，测量精度优于0.1%（典型值）。
能满足测量要求较高的工业现场及安防、智能楼宇、智能家居、电力监控、过程控制等场合。
产品针对工业应用设计：通过 DC-DC 变换，实现测量电路和主控电路电源隔离；同时控制单元与信号采集单元采用光电隔离技术实现电气隔离，有效保障数据采集可靠及安全。
模块配有瞬态抑制电路，能有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块在恶劣的环境下可靠工作。
模拟量采集模块参数：隔离耐压：DC 2500VESD 保护：±15KV供电范围：DC +8～+36V功耗：小于 1W工作温度：-40℃～+80℃工业级V0级防火塑料外壳保障产品应用各类环境安全安装方式：标准 DIN35 导轨安装输入通道数：4路差分输入输入范围：±20mA，±100mV，±1V，±2.5V，±5V，±10V转换速率：20 次/秒（全通道）支持RS485 /RS232AD 转换分辨率： 16 位测量精度：±0.1%（典型值）输入端过压保护，过流保护，并有低通滤波常模抑制(NMR)： 60 dB共模抑制(CMR)： 120 dB型号信号输入类型通道数通讯接口DAM-7011 模拟量 1 AI RS485和RS232DAM-7021 模拟量 2 AI RS485和RS232DAM-7041 模拟量 4 AI RS485和RS232DAM-7082 模拟量 8 AI RS485和RS232模拟量采集模块接线DAM-7041 模拟输入为差分输入，每个模拟输入通道都有两个接线端口，分别为模拟输入正（INn+）与模拟输入负（INn-）。
PLC课程设计四路拟量采集显示系统..
PLC设计与调试课程名称电气控制与PLC应用技术设计题目四路拟量采集显示系统专业班级姓名学号指导教师起止时间电气与信息学院课程设计考核和成绩评定办法1．课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面，给出各项权重，综合评定。
该设计考核教研室主任审核，主管院长审批备案。
2．成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。
3．参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处理。
4．课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结。
5．设计过程考核和成绩在教师手册中有记载。
课程设计报告内容课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、主管院长审批备案。
注：1. 课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。
2. 为了节省纸张，保护环境，便于保管实习报告，统一采用A4纸，实习报告建议双面打印（正文采用宋体五号字）或手写。
11/12学年第二学期PLC应用技术课程设计任务书指导教师：班级：自动化0941、2班地点：PLC实验室课程设计题目：基于PLC的四路拟量采集显示系统一、课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生运用已学的PLC控制技术的基础知识和基本理论，加以综合运用，进行PLC控制系统设计的初等训练，掌握运用PLC进行系统控制设计的原则、设计内容和设计步骤，为从事PLC相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础。
二、课程设计内容（包括技术指标）1、本系统主要由四路0-5V模拟量、MAD02模拟量采集模快、欧姆龙CPM2A、7段数码管显示四部分组成。
2、四路0-5V模拟量分别取自WD5稳压电源来获得0-5V的可变电压。
3、MAD02是与PLC配套的模拟量转换模块，其输出端直接与PLC的输入通道相接，设置字端口与PLC的输出通道相连接。
在采集数据时，只需对PLC 的输入输出通道进行操作即可，其具体步骤为：PLC通过13通道向MAD02模块写入设置字，启动MAD02进行转换，等待一段时间，从PLC的输入通道（02、03通道）直接读取数据即可。
现代测量技术与误差分析大作业
现代测量技术与误差分析大作业一：作业要求已知：1、压力传感器的量程：0~100Kg;2、传感器灵敏度：0.01Kg;3、传感器分辨率：0.01 Kg;4、传感器信号输出频率：<1000Hz;5、测试系统工作量程：0~50Kg;6、测试过程中具有高频扰动；7、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃。
8、传感器输出采用电流输出：4-20mA标准电流输出要求：1、设计四通道数据采集电路,ADC采用AD7934-6；2、各通道采样周期<5ms;3、详细说明采集电路的设计依据；4、CPU可不指定型号，采集电路与CPU的接口由示意图形式表示；5、给出采集电路所有用到的元器件的具体型号、参数，主要考虑的指标；6、提供主要元器件的说明书；7、给出ADC的驱动程序。
二：设计方案(1) AD7934-6 芯片说明AD7934-6是一款12位、高速、低功耗、逐次逼近型（SAR）模数转换器（ADC），采用2.7 V至5.25 V单电源供电，最高吞吐量达625 kSPS。
该器件内置一个低噪声、宽带宽、差分采样保持放大器，可处理最高达50 MHz的输入频率。
AD7934-6具有4个带通道序列器的模拟输入通道，可以通过预先编程选择通道转换顺序。
该器件可接受单端、全差分或伪差分模拟输入。
AD7934-6内置一个精确的2.5 V片内基准电压源，可用作模数转换的基准电压源。
或者，可将外部基准电压加载至此引脚，为其提供基准电压。
AD7934-6采用先进的设计技术，可在高吞吐量的情况下实现极低的功耗，还提供灵活的功耗管理选项。
利用一个片内控制寄存器，用户可以设置不同的工作条件，包括模拟输入范围和配置、输出编码、功耗管理及通道序列化。
图一为设计方案整体框架图。
图1 设计方案整体框架图 (2) 压力传感器信号采样电路压力传感器输出采用电流输出：4-20mA 标准电流输出，所以需要放大电路，此处采用共发射极三极管放大电路，将电流放大，选择适当的电阻和三极管，使三极管工作在放大区。
《现代测量技术与误差分析》作业
《现代测量技术与误差分析》课程大作业《现代测量技术与误差分析》设计作业【摘要】根据系统设计的要求，分别选用了ADG1419和SMP04来实现两个通道的数据采集电路和两个通道的输出控制电路，且选用的器件均符合测试系统的工作温度范围；在设计时，充分考虑了各器件输入输出电流电压的转换和匹配、器件精度和工作时序；做到了滤除高频扰动，并在电路设计时注意了抗干扰。
文章给出了数据采集电路和输出控制电路的总体结构、设计过程，以及最终的电路设计和驱动程序。
1 数据采集电路设计1.1 总体设计数据采集电路的设计要求如下：1、两个通道，压力传感器的量程为0~100Kg，测试系统工作量程为0~50Kg，传感器灵敏度为0.01Kg，分辨率为0.01Kg，输出频率<1000Hz，传感器采用4-20mA标准电流输出；2、ADC采用AD976，各通道采样周期<5ms；3、测试过程中具有高频扰动，测试系统的工作温度范围为-40℃~60℃。
AD976是一款高速、高精度的A/D转换器，模拟信号输入范围为-10~+10V，因此首先要将传感器输出的电流信号转换为符合ADC输入要求的电压信号；由于测试过程中具有高频扰动，在信号输入给ADC之前，还需要添加高频滤波电路；AD976采用单通道输入，两个通道的传感器信号需要通过一个多路选择开关，分时输入给ADC；由于AD976的电容网络直接使用电荷作为转换参量，这些电容已经达到了采样电容的作用，因此不必另外添加采样保持器。
综上所述，数据采集电路设计的整体结构如图1.1所示：图1.1数据采集电路设计的整体结构1.2 信号调理电路信号调理电路包括两部分，I/V 转换电路和滤波电路。
理论上实现4~20mA 电流转换成0~10V 电压只需下拉一个500Ω的电阻，但在信号为0时，会有一个零点电流流过电阻转换成2V 的电压，其精度往往难以满足系统的要求。
这里增加了一个运算放大器来对零点电压进行处理，在运放的反相输入端加入一个调整电压，其值为输入4mA 时在RA0上的压降，这样就可以消除零点电压，提高转换的精度。
现代测量技术与误差分析报告
现代测量技术与误差分析报告现代测量技术与误差分析（作业）摘要：本文根据作业要求设计数据采集及输出控制电路，经过分析选用常用的8位处理器89C51作为处理器。
由于设计任务要求采集两路压力传感器信号，并且输出端同样要求控制两路电机，而设计要求的ADC和DAC芯片仅提供单路，因此需要加上多路控制开关，实现分时采集及控制，以减小设计成本。
另外本设计增加滤波放大电路等提高实验精度。
1.实验任务及要求输入端：两个通道1、压力传感器的量程：0~100Kg;2、传感器灵敏度：0.01Kg;3、传感器分辨率：0.01 Kg;4、传感器信号输出频率：<1000Hz;5、测试系统工作量程：0~50Kg;6、测试过程中具有高频扰动；7、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃。
8、传感器输出采用电流输出：4-20mA标准电流输出输出端：两个通道9、电机所需驱动电压：－10V~10V;10、电机所需驱动电流：<100mA;11、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃；要求：1、设计完整的数据采集及输出控制电路，ADC采用AD976；DAC 采用AD6692、各通道测控周期<5ms;3、详细说明采集电路的设计依据；4、CPU可不指定型号，采集电路与CPU的接口由示意图形式表示；图3 低通滤波及放大电路传输函数为Au(S)=A uoωc 2s2+ωcQ ∗s+ωc2(1)通带内电压放大倍数 A uo=1+R4R3(2)其中ωc为滤波器的截止角频率ωc=2∗π∗f c(3)f c为通带截止频率，Q为品质因数，同时为了减小输入偏置电流及其漂移对电路的影响，应使R1+R2=R3//R4(4) 我们取品质因数Q=0.707，截止频率f c=1kHz，C1=0.01μF，电压放大倍数为A uo=2,可计算求得R1=5.63k，R2=11.25k，R3=R4=33.76k，C1=C2=0.01μF。
信号经过滤波放大后输出的为4——20mA的电流信号，需要将其转换成电压信号以便后续处理。
数据采集电路设计
南京理工大学科目现代测量技术与误差分析学院姓名学号2011年05月06日一种基于AT89S52的数据采集系统电路设计摘要本数据采集系统是以单片机AT89S52 为控制核心的四通道数据采集系统,该数据采集系统具有电路简单、功耗低、可靠性高等优点,能实现对多路模拟通道信号的数据采集与处理。
并将采集的数据送经F/V变换电路，使得低频率信号转换为目标电压，从而驱动控制电机。
关键词:单片机，数据采集系统一.主要功能指标和系统方案选择1．信号产生器指标分析由于测试用信号发生器相对独立，可以先进行设计，这部分必须完成两个模块的工作：一是低频正弦波的产生；二是F/V变换电路。
在这里低频正弦波的产生可以依赖于现有的芯片完成。
ICL8038是一款常见的单片集成函数发生器，其工作频率范围在几赫兹至几千赫兹之间，可同时输出方波、正弦波、三角波3种波形，配以简单的外围电路，能实现输出频率的线性调节，因此，对于该题目，单片集成发生器是一种叫理想的选择。
对于F/V变换器来说，高性能、低成本的LM331是理想的选择。
加上输出电压的线性调整电路，就可得到较好的实现方案。
2. 四通道数据采集的指标分析常见的数据采集系统提出采用上位机和下位机两层结构模式。
下位常采用单片机完成前端的多路数据采集，上位机则通常用PC机或工控机来实现系统的控制和相关的数据处理机结果显示。
有线常用RS-232或RS-485正弦协议等，其上可以运行地址或数据等不同的信号类型，之间采用分时或编码的方式加以区分。
用于采用主从双MCU系统，所以这部分问题的核心在于选择什么芯片。
题目要求采样四通道，精度为4位。
因此可以采用8位的ADC芯片，在于MCU揭开问题上，常有并行接口和串行接口两中方式。
这里选用RS-485，因为它采用差分传输，两根传输线，有效距离很广，同时能方便扩展多个从机设备。
3. 总体设计方案图1是数据采集系统原理框图，它由变送器、A/D转换和LM331转换器、单片机及驱动控制构成。
四路温度采集系统系统
四路温度采集系统的设计【内容摘要】本文主要研究的是基于AT89S51单片机作为系统的温度显示以及设定双路温度报警系统的设计。
此系统硬件电路主要包括5部分：AT89S51单片机最小系统电路部分和复位电路部分，LCD1602液晶显示电路部分，4个DS18B20作为温度检测部分，以及电源电路部分。
本系统采用C语言进行编写程序，为了便于阅读和修改，软件采用模块化结构设计，使程序间的逻辑层次更加简明。
【关键词】四路温度采集系统系统；DS18B20；LCD1602液晶显示；AT89S51单片机1 引言四路温度采集系统系统不仅是工业上的宠儿，也是是单片机实验中一个很常用的题目。
因为它的有很好的开放性和可发挥性，因此对作者的要求比较高，不仅考察了对单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。
而且在操作的设计上要力求简洁，功能上尽量齐全，显示界面也要出色。
所以，双路温度报警系统无论作为比赛题目还是练习题目都是很有价值。
本文介绍一种基于 AT89C2051 单片机的一种温度测量,该电路DS18B20 作为温度监测元件,测量范围-55℃-～+125℃,使用LCD1602液晶显示模块显示,能通过键盘设置温度报警上下限.正文着重给出了软硬件系统的各部分电路,介绍了集成温度传感器 DS18B20 的原理,AT89C2051 单片机功能和应用.该电路设计新颖,功能强大,结构简单。
2双路温度报警系统系统简介及其作用综述首先，由DS18B20温度传感器芯片测量当前温度，并将结果送入单片机。
然后，通过AT89C51单片机芯片对送入的测量温度读数进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示模块。
最后，LCD 1602模块将送来的四路温度值值显示于显示屏上。
本系统测温范围为-55℃-～+125℃，精度达0.1 ℃。
3 系统硬件设计系统硬件主要包括：本系统硬件电路比较简单。
只要由AT89S51单片机电路，LCD12864液晶显示电路，DS18B20温度芯片，复位电路以及按键输入电路组成。
用89C2051制作四路数显水位自动控制器概要
用89C2051制作四路数显水位自动控制器某个宾馆要求对太阳能热水箱在进行辅助电加热时，要根据宾馆客人入住率来决定加热多少水量，即客人多就多装点水加热，客人少就少装点水加热，这一方面减少了加热时间，满足客人的需要，另一方面节约了加热的电能，为宾馆降低运行成本。
为此，笔者用89C2051单片机制作了一个四路数显水位自动控制器，经过实验，感觉效果还不错，现介绍给单片机爱好者。
一、电路结构电路原理图如图1所示。
由水位探测、水深选择、单片机、数字显示和继电器控制等五部分电路构成。
四颗常开型干黄管H1—H4设计在水箱里四个不同高度的位置，联线经光电隔离后分别接一颗上拉电阻与单片机P3.0—P3.3口联接成为水位探测电路；三个开关S1—S3作为功能选择开关，分别接一颗发光二极管和上拉电阻与单片机P3.4—P3.7口联接成为可控水深选择电路，发光二极管作开关闭合指示；S1的功能是设置水位在H1—H4之间进行高水位自动检测控制，S2是设置水位在H1—H3之间进行中水位自动检测控制，S3是设置水位在H1—H2之间进行低水位自动检测控制。
单片机由AT89C2051担任；利用AT89C2051的每个I/O口都有20mA的吸入电流，将P1.0—P1.6口通过限流电阻与一个共阳极数码管联接组成数字显示电路；剩下一个P1.7口与三极管和电阻组成继电器驱动控制电路。
二、电路工作原理接通电源瞬间，A T89C2051的1脚得到一个脉冲后自动上电复位，并很快转入执行片内程序。
首先是执行将P1口和P3口置成高电位的初始化程序，目的是使P3口进入到测试准备等待状态，让P1.0—P1.6口不输出显示信号和P1.7口不输出控制信号。
程序完成初始化以后，就开始进入执行反复循环检测判断P3.4—P3.7口出现高低电位的程序，即检测判断功能开关S1—S3是否有闭合和断开的状态。
如果那一个口被检测判断出现低电位，并且低电位为真时（即除去干扰），就说明与那一个口相联接的开关是闭合的，这时程序就很快转到与之开关对应预设的功能处执行高、中、低水位自动测试控制状态。
CN1185----4通道电量指示电路
低功耗四通道电压监测集成电路
CN1185
概述：
CN1185是一款低功耗四通道电压监测芯片，其消 耗的电流只有7.3微安,非常适合监测电池电压。芯 片内部包含四个电压比较器，每个比较器的正输 入端接到芯片内部的电压基准源，可以用来监测4 个不同的电压源或者对同一个电压源进行分级监 测。用户可以通过逻辑输入端口选择比较器的翻 转阈值和比较器迟滞。比较器迟滞的存在消除了 由于被监测电源的噪声或者干扰而带来的比较器 输出不稳定的问题。由于用户可以设置比较器翻 转阈值和迟滞，使得CN1185非常适合对电池电量 进行粗略监测的应用。为了便于同系统中工作于 不同电压的芯片配合应用，CN1185采用漏极开路 输出。为了保证在上电瞬间系统正常工作，CN1185 内部设计有7.5毫秒（最小值）的启动时间，在启 动时间内，比较器输出高阻态。 CN1185采用16管脚TSSOP封装。 .
比较器迟滞(Hysteresis)设置输入端。逻辑输入端，HYS1和HYS2一起设置 比较器迟滞(Hysteresis)。
电源负输入端。 输出闪烁控制输入端。逻辑输入端，当比较器的输入端电压大于(翻转阈值 ＋比较器迟滞)时，即比较器输出端输出低电平时，如果比较器翻转阈值控 制输入端CHRG为低电平，并且BLINK管脚为高电平，则比较器输出端每 隔约500毫秒转换一次状态，高电平和低电平的持续时间相同。 没有连接。 电源正输入端。
条件 1： CN1185 的翻转阈值控制输入端 CHRG 管脚为低电平
条件 2︰ CN1185 的闪烁控制输入端 BLINK 为高电平
电气参数：
(VDD=3.7V, TA=25℃，除非另有说明)
参数
符号
测试条件
输入电压
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现代测量与误差分析作业
摘要：本实验由滤波电路、A／D转换器和CPU组成的数据四通道数据采集电路，由CPU、D/A转换器、采样保持器和平滑滤波电路组成四路输出驱动控制电路。
一、数据采集电路
已知：
1、扭转传感器的量程：－120度~120度;
2、传感器灵敏度：80mv/度;
3、传感器分辨率：0.01度;
4、传感器信号输出频率：<100Hz;
5、测试系统工作量程：－20度~20度;
6、测试过程中具有高频扰动；
7、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃。
要求：
1、设计四通道数据采集电路；
2、各通道采样周期<4ms;
3、详细说明采集电路的设计依据；
4、CPU可不指定型号，采集电路与CPU的接口由示意图形式表示；
5、给出采集电路所有用到的元器件的具体型号、参数，主要考虑的指标；
6、提供主要元器件的说明书。
主要原器件选择
一、AD转换元件的选择
参数中给定：测试系统工作量程：－20度~20度，传感器的灵敏度是80mv/度，传感器分辨率：0.01度。
推算出传感器的输出最大电压和最低电压差：40*80=3200mv，即3.2v。
且由于模拟开关MUX、采样保持器S／H、A／D转换器组成的数据采集电路的总误差是这三个组成部分的分项误差的综合值，则选择元件精度的一般规则是：每个元
件的精度指标应优于系统精度的十倍左右。
则系统的AD转换的精度应为3200/（80*0.01*0.1）=40000。
即AD转换的元件的位数应为16为，即2^16=65536。
传感器信号输出频率<100Hz，则AD转换元件的转换速率应>100Hz。
测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃。
系统要求为四通道数据采集电路，各通道采样周期<2ms。
通过这些条件，选择AD转换芯片为ADS7825。
ADS7825为4通道，16位的AD转换芯片，可选的并行或串行数据传输，工作温度为–40°C to+85°C，+-10V 的模拟电压输入，内部带保持电路。
二、低通滤波电路
参数中声明：测试过程中具有高频扰动，所以在AD转换芯片前需要加一个低通滤波器。
因为各通道采样周期<4ms，则采样频率f>1/0.004=250Hz。
则根据奈奎斯特频率（在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。
）因此fs/2=f/2=125Hz。
为消除频率混淆，在采样前先用一个截止频率fh<fs/2=125Hz的低通滤波器把高于fs/2的频率分量滤掉，其中fh=1/2πRC,保证采样时被采样频谱只包含低于fs/2的频率分量，满足奈奎斯特采样定理。
图1 四通道数据采集电路的低通滤波电路
三、CPU 的选取
因为A/D 转换器的转换速率01
()
C N t t =
+（t C 转换时间、t 0休止时间，N 为A/D
转换器通道数），应大于传感器采样频率，在考虑到成本的情况下，选择AT98C51单片机。
AT89C51是ATMEL 公司生产的兼容MCS-51结构系统的FLASH 型单片机，硬件和指令完全兼容C51系列单片机。
我们回顾一下MCS-51的串行通信口结构，MCS-51单片机的串行口有4种通信方式，即方式0、1、2、3，为了与AD7701串行通信相适应，我们选择工作方式0。
AT89C51的串行通信口在方式0下作为同步移位寄存器使用，RXD （P3.0）为移位数据的输入输出口，而由TXD （P3.1）端作为移位时钟脉冲控制端，移位数据的发送和接收以8位为一帧，低位在前，高位在后。
四、放大电路
因所选的AD转换芯片的电压的输入范围为-10V到+10V。
为了更好地运用AD转换芯片，使用运算放大电路进行放大，对输入模拟信号进行放大。
下图为AD电路图
AD放大滤波电路
二、模拟输出控制电路
已知：
1、电机所需驱动电压：－10V~10V;
2、电机所需驱动电流：<20mA;
3、测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃；
4、模拟输入通道同前一题。
要求：
1、设计四通道模拟输出控制电路；
2、各通道周期<4ms;
3、详细说明采集电路的设计依据；
4、CPU可不指定型号，采集电路与CPU的接口由示意图形式表示；
5、给出采集电路所有用到的元器件的具体型号、参数，主要考虑的指标；
6、提供主要元器件的说明书。
主要原器件选择
一、D/A转换器
在系统参数中因未给定系统要求精度，故取DAC位数等于系统输出数字的位数，又测试系统工作温度范围：－40℃～60 ℃。
系统要求为四通道模拟输出控制电路，各通道采样周期<4ms。
所以选择DAC7724。
DAC7724具有4个输出通道，每个通道可独立控制，且均可直接输出电压信号，这一特点与电流输出模式的数模转换器相比具有很大的优势，因为若输出为电流模式，则需要另外设计专门的电路来将输出的小电流转换成所需的电压信号，这样不但会浪费系统的硬件资源，同时也给软件设计增加了麻烦，而附加的电路还可能成为噪声和干扰的来源。
而选用DAC7724则可节省系统资源，大大简化了电路设计复杂程度，也避免了噪声的串入。
图3 DAC7724与AT89C51单片机的接口电路
考虑到DAC7724为并行输入，需要占用12位I/O引脚，因此，在电路设计时，可以扩展一片8255来丰富单片机的I/O资源，其电路如上图所示。
图中，8255A的PA、PB、PC及控制寄存器的地址分别是7FFCH、7FFDH、7FFEH和7FFF 和7FFFH；DAC7724输出VOUTA-VOUTD的选择则由8255的PC1和PC2两位来控制。
二、保持电路
因为在模拟输出中，输出时间较短，需要交上一个保持电路，进行电压保持。
在电路设计中才用LF198进行采样保持。
以控制模拟电压的输出时间。
图4 四路输出驱动控制电路的保持电路
LF198是单片采样保持放大器，它利用BI-FET技术获得超高的直流（DC）精度，具有信号快速采样和低下降率。
作为单位增益跟随器工作，DC增益精度典型值为0.002%，采样时间低于6us时达到0.01%。
一个双极性输入级用于完成低失调电压和宽频带，一个信号输入端实现输入失调的调节而不会降低输入失调漂移的要求。
宽的频带允许LF198内部包含１ＭＨＺ反馈环路运算放大器，而不会出现不稳定问题。
输入阻抗10^10欧允许将其用于高阻信号源而不会降低精度。
在输出放大器中采用P沟道结型场效应管（JFET）与双极性器件结合，用一个1uf保持电容器时可获得5mV/分钟的低下降率。
JFET为早期设计使用的MOS器件相比噪声低得多，并且高温稳定性好。
整个芯片设计确保在保持模式下，不存在从输入到输出的直通，即使在信号等于电源电压时也是如此。
LF198逻辑输入端是具有低输入电流的完全差分输入，允许直接连接TTL、PMOS、CMOS信号电平，差分阀值为1.4V。
三、平滑滤波电路
平滑滤波电路，取平滑滤波器的截止频率f h 等于信号最高频率f c 且等于保持频率的四分之一，即f h =f c /4=（1/0.002）/4=125Hz 。
下图为DA 电路图
0.1uF
C1847uF
C19-15V
0.1uF
C2047uF
C21DA 模块
DA 保持滤波电路
总的电路图：
+5V
30pF
C8
30pF
C9
1
2
Y1
12MHz
X1
X2
复位电路
晶振
三、参考文献：
1.赵勇、胡涛. 传感器与检测技术.机械工业出版社.2010.9
2.付家才、孙毅男.传感器与检测技术原理及实践.中国电力出版社.2008.1
3.王煜东.传感器应用电路400例.中国电力出版社.2008.5
4.祝诗平、李鸿征、朱杰斌.传感器与检测技术.北京大学出版社.2006
5.叶湘滨、熊飞丽、张文娜、罗武胜. 传感器与检测技术.国防工业出版社.2007.4
6.芮延年. 传感器与检测技术.苏州大学出版社.2004.7。