(整理)数据采集系统

一、主要内容及意义

本设计用8088控制的数据采集系统，本文着重介绍该系统的工作原理及硬件与软件设计，本设计的主要组成如下：

（1）数据输入单元。

（2）采样保持电路的A/D转换单元。

（3）硬件和8088的连接电路。

（4）8088输出的数据锁存和D/A转换单元。

多路数据采集系统的方案及总体设计，包括主体电路的设计和8088控制电路的设计（要用到8088的控制整个系统），因此要完成8088应用系统的硬、软件设计并完成软件调试，以满足整个系统的要求。

整个系统的设计包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计主要完成多路数据采集整个硬件电路及I/O接口的设计：运算放大电路、采样保持电路、模数转换电路、硬件和8088的连接电路、数模转换电路、转换开关保护电路等组成；软件设计主要完成控制整个系统的应用程序与调试。包括主程序、A/D和D/A 转换程序、多路开关控制以及I/O接口控制等程序的设计。系统总框图如图1所示。

二、系统硬件设计单片机

数据转

换器外设

2.1、数/模转换电路模块

D/A转换部分也是数据采集系统的一个重要部分，在数字控制系统中作为关键器件，用来把8088输出的数字信号转换成电压或电流等模拟信号，并送入执行机构进行控制或调解。

除了新型的现场总线控制系统外，传统的计算机控制系统大都是用模拟电压或电流作为传输信号的。模拟量输出通道的作用就是把计算机处理得出的数字量结果转换成模拟电压或电流信号，传输给相应的执行机构，实现对被控对象的控制。能把数字量转换成模拟量的器件称为数/模转换器简称D/A转换器或DAC。输出接口电路、DAC是模拟量输出通道的基本部件。由于实现较远距离的信号传输时采用的是电流信号，而DAC通常输出的是电压故模拟量输出通道一般具有电压/电流（V/I）转换环节[8]。此外，根据需要可能还要有零点和满度调节部件。因数/模转换器是模拟输出通道的核心，所以通常也把模拟量输出通道称为D/A 通道。

2.1.1. D/A通道的结构

8088周期地输出控制数据给执行机构，在下次数据输出以前，必须将前一次输出的数据保持。单个的D/A通道由数据锁存器保持数据，通道由输出接口电路数据锁存器、D/A转换电路、V/I转换电路等构成。许多DAC芯片的输入端都有数据锁存器，这时不需另加锁存器。对于多模拟量输出通道，有两种不同的输出量保持方式，即有两种不同的结构。一种方式是采用数据锁存器保持输出量，每个输出通道都有独立的数据锁存器（一般含在DA芯片内）及D/A转换器。这种方案的优点是速度快，精度高，工作可靠，不用多路开关。另一种方式是使用采样保持器保持输出量，各通道共享一个D/A转换器，通过多路开关进行切换。由于各路共用一个D/A转换器，其转换速度减慢，且输出端靠保持电容模拟量信息，当控制周期较长时，需要软件刷新。优点是节约了芯片。

由于D/A通道的第一种方式的转换速度快，精度高，工作可靠，不用多路开关又节约了芯片降低了系统的造价，所以本设计的系统采用D/A通道的第一种方式。第一种方式如图12所示。

图12 具有独立DAC的多路模拟量输出通道

2.1.2、选用D/A芯片

集成电路D/A转换器是将精密电阻网络、模拟开关、甚至包括基准电源和运算放大器集成在同一芯片上，而且和8位或16位微处理器兼容，可直接接口，或只需少量外围电路即可构成完整的D/A转换器。这些集成电路芯片是由大规模集成电路技术（LSI）实现的，它们有TTL、CMOS等用不同的逻辑和工艺生产的产品，是典型的数字电路和模拟电路混合集成芯片。

D/A有多种分类方法，各有不同特点。按数据输入方式有并行、串行之分。按字长区分，则有8、10、12、···位之分，字长不同，微分阶梯粗细不同。按模拟开关工艺分类有双极型、JFET型和MOS型，它们的速度和精度不同；按结构有带或不带数据锁存器之分；按输出形式有电压型和电流型之分；等等。尽管如此，但转换原理基本上是一致的。

DAC0832是常用的8位COMS电流输出型乘法D/A转换器，由于采用COMS电流开关和控制电路，所以功耗低，输出漏电流小。可以直接8088连接。DAC0832片内含有输入缓冲寄存器和DAC锁存器两个8位寄存器。可以进行两级缓冲操作，具有很大的灵活性，可以采用流水线方式，一边输入数据一边转换上一次输入的数据。因此，本设计选用美国半导体公司推出的8位D/A转换芯片DAC0832。

DAC0832的及特点如下：

(1) 基本特性

分辨率：8位。

电流稳定时间：1μs。

功耗：20mV。

单电源供电：+ 5V~ + 15V。

数字输入与TTL兼容。

可采用双缓冲、单缓冲或直接数字输入三种工作方式。

(2) 结构

DAC0832是采用CMOS 工艺，具有20个引脚的双列直插式8位D/A 转换器，其引脚如图13所示。

DAC0832有两级锁存器，第一级称为输入寄存器，第二级称为DAC 寄存器。因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲方式下，即在输出模拟信号的同时可以采集一个数字量，这样可以有效地提高转换速率。另外，还可以在多个D/A 转换器同时工作时，利用第二级锁存信号实现多路D/A 的同时输出。DAC0832既可以工作在双缓冲方式，也可以工作在单缓冲方式。无论哪种工作方式，只要数据进入DAC 寄存器便启动D/A 转换。

内部结构图如下：

2.1.3、 引脚功能

CS ：片选信号，低电平有效。

ILE ：输入锁存器允许信号，高电平有效。

1WR ：输入寄存器数据写信号，低电平有效。 当1WR 为低电平时，用来将输入数据传送到输入锁存器，当1WR 为高电平时，输入锁存器中的数字被锁存。只有当ILE 为高电平且CS 和1WR 同时为低电平时，才能将锁存器中的数据更新。以上三个控制信号构成第一级输入锁存。