数据采集的实现与存储

数据采集的实现与存储

专业：电子信息工程学号：7020907013 学生姓名：刘以鹏

指导教师：杨明健章小宝

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。

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

目录

第一章数据采集的实现与存储的概述 (3)

1.1简介 (3)

1.2基本原理及结构 (3)

第二章设计方案的选择和确定 (4)

2.1电路设计要求和指标 (4)

2.2 电路设计方案确定 (4)

第三章电路图设计 (4)

3.1各部分电路的设计 (4)

3.2 总电路原理图 (10)

第四章PCB设计 (10)

4.1 PCB图 (10)

第五章性能测试与分析 (11)

５.１性能测试 (11)

５.２性能分析 (11)

第一章 数据采集的实现与存储的概述

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

Z KH 2脉冲以启动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。

本实验电路的结构框图如下：

图1.1

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。

2.2 电路设计方案确定

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 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，因此就要有DA转换器将数字信号转换为模拟信号。电路的结构可参照图1.1，电路原理图见3.9．

第三章电路图设计

3.1各部分电路的设计

3.1.1 模数转换电路

利用转换器ADC0809实现模数转换。

AD 转换器的功能是将输入的模拟电压转换为输出的数字信号，即将模拟量转换成与其成比例的数字量。一个完整的AD 转换过程，必须包括采样、保持、量化、编码四部分电路。有三大指标：分辨率、转换速度和转换误差。

下面主要介绍ADC0809芯片的结构和功能：

ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

1．主要特性

1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs

4）单个＋5V电源供电

5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度

7）低功耗，约15mW。

2．内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图3.3所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近3．外部特性（引脚功能）

图3.2

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图3.2所示。下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。

2-1～2-8：8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路

ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

START：A／D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

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）。

OE：数据输出允许信号，输入，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。要求时钟频率不高于640KHZ。

REF（+）、REF（-）：基准电压。

Vcc：电源，单一＋5V。

GND：地。

ADC0809的工作过程是：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。