数据采集的实现与存储

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Байду номын сангаас
CLK
两侧感应出的电荷最多时，外电路中的电
SN74LS00N
Cap
2
102 SN74LS00N
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流就会最大，表现出一种电谐振现象。所 以，我们采用石英晶体构建晶振电路。 右图所示的电路是对称式多谐振荡器的典
C1
1
1
0
Cap
晶振
102
P5 Header 2
型电路，
芯片用得是 74LS00 的四组 TTL 与非门中的两组组
科学技术学院
SCIENCE & TECHNOLOGY COLLEGE OF NANCHANG UNIVERSITY
《工 程 训 练》报 告
REPORT ON ENGINEERING TRAINING
题目
数据采集的实现与存储
学科部、系：
信息学科部电子系
专业班级：
电子信息工程
学
号：
学生姓名：
指导教师：
起 讫 日 期 ： 2015 年 10 月 26 日 至 11 月 6 日
REF(+)、REF(-)：基准电压的正负电源端，其范围为 0～± U CC 。
VCC：电源，单一＋5V。 GND：地。 ADC0809 的工作过程 首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到 A／D 转换完成，EOC 变为高 电平，指示 A／D 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 原理图工作介绍： 通过拨码开关控制选择哪个通道，一空有八个，其中一通道为同向放大十倍，二通道为 反向放大九倍。再外接电压输入通过 D0~D7 输出数字信号，其中 ALE 为转换结束的测试端 口,clk4 为 500KHz 脉冲输入端口，big key 为第一次转换时给一个高电平进行转换时用。
2.2 电路设计方案的确定 根据上述设计要求，结合现有元件，利用集成芯片完成具有以上功能的电路。选用 AD
1
转换器实现模数的转换，而知此 AD 转换器需要有时钟脉冲的驱动，所以也得构建多谐振荡 电路，再由计数器实现分频获得时钟脉冲。数字量的表现可利用数码管，故译码电路也是其 中的一部分。然而，也要恢复出模拟信号。
本实验电路的结构框图如下：
多谐振
荡器
模
数
转
换
模拟信号 输入
数码显示 数模转换
模拟信 号输出
第二章 设计方案的选择和确定
2.1 电路设计要求和指标 1、 利用 4MHz 晶振构建石英晶体多谐振荡器，并通过分频得到 500KHz 的方波信号（需 预留测试端口）。 2、 在模数的信号输出端接数码管，以观察结果。并且在输出端并上排针，留出端口方 便以后使用。 3、 在模数芯片的时钟信号输入端及 START 信号输入端预留测试端。 4、 使用数模芯片恢复模数芯片转换的模拟信号。 5、 在布局完成的基础上完成实物焊接，制作实物时应尽量避免使用跳线。各种功能模 的构成器件尽量紧凑排布。 6、 在制作实物时，电源及地需预留端口出来，以便仪器的测量。
I
第一章 数据采集的实现与储存的概述
1.1 简介 此电路的作用是采集外接模拟信号，把之转换为数字信号，又可将数字信号转换为模拟
信号。其利用 ADC0809 和 DAC0832 为本电路的核心元件，分别实现模数转换和数模转换。
用石英多谐晶体振荡器（经过分频）作为时钟脉冲以驱动 ADC0809，还外接 2KH Z 脉冲以启
成两个非门，高电平 4V 左右吧，低电平 1V 左右。对于
74 系列的门电路而言，R 的阻值应取在 0.5～1.9K 之
间。上面电路的优点是结构简单，调节频率方便，但频
率稳定度不高。为了提高振荡器的频率稳定度，往往使用石英晶体多谐振荡器。石英晶体的
固有谐振频率十分稳定，当频率为谐振频率 f0 时，石英晶体的等效阻抗最小，信号最容易
3.1.1 震荡电路 ................................... 2 3.1.2 0809 主电路 ................................ 2 3.1.3 DAC0832 数模转换电路 ....................... 4 3.1.4 八分频电路 ................................. 6 3.1.5 LM324 放大电路 ............................. 9 3.1.6 译码电路 ................................... 9 3.1.7 电源·指示灯·模拟电压·总开关 电路 ........ 10 3.2 总电路原理图 .................................... 11 3.3 PCB 图 ........................................... 12 第四章 性能测试与分析和实验总结 ......................... 13 4.1 性能测试与分析 ................................... 13 4.1.1 整体测试..................................... 13 4.1.2 各部分电路测试 .............................. 13 4.1.3 误差分析 .................................... 13 4.2 实验总结 ......................................... 14 附录 .................................................... 15 工程训练成绩评定表 ...................................... 16
动 ADC0809，最终用示波器观测输出的信号并与原外接模拟信号相对比，以此两信号比较为 相同波形和频率为测试成功标志。 1.2 基本原理及结构
模拟信号经采样、保持、量化和编码，转化为数字信号，由此实现了模数转换部分；数 字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的位权。为了将数字 量转换成模拟量，必须将每 1 位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模 拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数模转换。
DA 转换器的功能是将数字信号转换为模拟信号，它是一种将二进制数字量形式的 离散信号转换成以标准量（或参考量）为基准的模拟量的转换器，简称 DAC 或 D/A 转换器。最常见的数模转换器是将并行二进制的数字量转换为直流电压或直流电流， 数模转换器电路还用在利用反馈技术的模数转换器设计中。D/A 转换器由数码寄存器、 模 拟 电 子 开 关 电 路 、解 码 网 络 、求 和 电 路 及 基 准 电 压 几 部 分 组 成 。数 字 量 以 串 行 或 并 行 方 式 输 入 、存 储 于 数 码 寄 存 器 中 ，数 字 寄 存 器 输 出 的 各 位 数 码 ，分 别 控 制 对 应 位 的 模 拟 电 子 开 关 ，使 数 码 为 １ 的 位 在 位 权 网 络 上 产 生 与 其 权 值 成 正 比 的 电 流 值 ，再 由 求 和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。 DAC0832 内部结构资料:芯片内有两 级输入寄存器，使 DAC0832 具备双缓 冲、单缓冲和直通三种输入方式，以 便适于各种电路的需要(如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等)。D/A 转 换结果采用电流形式输出。要是需要 相应的模拟信号，可通过一个高输入 阻抗的线性运算放大器实现这个供功 能。运放的反馈电阻可通过 RFB 端引 用片内固有电阻，还可以外接。 DAC0832 引脚功能说明： DI0~DI7：数据输入线，TLL 电平。 ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。 CS：片选信号输入线，低电平有效。 WR1：为输入寄存器的写选通信号。 XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2：为 DAC 寄存器写选通输入线。 Iout1:电流输出线。当输入全为 1 时 Iout1 最大。 Iout2: 电流输出线。其值与 Iout1 之和为一常数。 Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻. Vcc:电源输入线 (+5v~+15v) Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地。
3.1 各部分电路的设计
第三章 电路图的设计
3.1.1 震荡电路
震荡电路的作用是产生脉冲，它是一种无需外加激励信号情况下，能自动将直流电源能
源转换成特定频率和幅度的正弦交流信号的电路装置
由于石英晶体具有压电效应，因而外加电
R16
R15
1K
压信号频率等于晶片固有机械谐振频率
U8B
1K
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C2
U8A
时，晶体表现振动幅度最强；同时当晶片 5
目录
摘要 ..................................................... I 第一章 数据采集的实现与储存的概述 ........................ 1
1.1 简介 .............................................. 1 1.2 基本原理及结构 .................................... 1 第二章 设计方案的选择和确定 .............................. 1 2.1 电路设计要求和指标 ................................ 1 2.2 电路设计方案的确定................................. 1 第三章 电路图的设计 ...................................... 2 3.1 各部分电路的设计................................... 2
摘要
本次工程训练是设计和制作数据采集实现与存储电路，要求可以进行模数和数模的转 换。以 ADC0809 和 DAC0832 作为核心元件，利用石英晶体多谐振荡器为时钟信号，外接由函 数发生器产生的信号作为模拟量，结合数码管的显示以观察模数转换的结果，并用示波器检 验数模转换结果。秉着从实际与实践的观点出发,不断求索，发现问题，解决问题。在熟悉 掌握数模、模数转换原理的基础上，设计出原理图，并结合自己所学到的 proteus 软件仿真， 最终完善、确定设计方案。利用 Altium Desiger 软件绘制完整原理电路图，使用可有的原 材料，选择合适的元件封装，绘制 PCB 板图，并不断改善，以达到精益求精，最终调试与验 证成功。
换器、三态输出锁存器、地址锁存与译码器。 ADC0809 芯片有 28 条引脚，如下图所示。ADC0809 芯片采用双列直插式封装，下
面说明各引脚功能。 IN0～IN7：8 路模拟量输入端。
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D0～D7：8 位数字量输出端。 A、B、C：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入 IN0－IN7 上的一路模拟量输入。 ALE：地址锁存允许信号，高电平有效。当 ALE＝１时，锁存通道的地址选择信 号才能选通相应的模拟通道。 START： 启动信号端。当其上升沿来到时， 使所有内部寄存器清零，下隆沿到来时 ADC 开始 转换。在 START 端给出的正脉冲信号至少需要有 100ns 宽度。 EOC： A／D 转换结束信号，输出，当 A／D 转 换 结 束 时 ，此 端 输 出 一 个 高 电 平（ 转 换 期 间 一 直 为 低 电 平 ），以 通 知 其 它 设 备（ 如 微 机 ）来 取 结果。 OE：数据输出允许信号，高电平有效。当 A ／D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打 开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。因 ADC0809 的内部没 有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ。
在这短短的两周工程训练中，我学会了很多，收获了很多，当然了，也同时付出了很多， 正所谓“一份努力一份收获”啊。对于本次的工程训练项目，我感触颇多。这是一次将理论 付诸实践的机会，培养了我们的实际动手能力，提高对知识的理解与应用能力，增强把书本 知识转化为实际运用能力。在整个实训过程中，不断发现问题、分析问题和解决问题，强化 了我们的实践创新能力及独立思考分析能力。
通过，而其它频率信号均被衰减掉。
因此振荡电路的工作频率仅决定于石英晶体的谐振频率 f0， 而与电路中的 R、C 数值
无关。
3.1.2 0809 主电路
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ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。 它是逐次逼近式 A/D 转换器，可以和单片机直接相接。8 路模拟量开关、8 路 A/D 转
3.1.3 DAC0832 数模转换电路
利用 DAC0832 实现数模转换。 DAC0832 是用 CMOS 工艺集成的 8 通道单片 ADC。它由 8 路模拟信号选择器
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（又称 8 路模拟开关）及其地址锁存与译码器、8 位逐次逼近型 ADC 和三态输出锁存 缓冲器三大部分组成。DAC0832 以电流形式输出，当需要转换为电压输出时，可外接运算 放大器。