多路数据采集系统-课程设计

解决方法：
• 在振荡器后加一积分器
•利用积分器的增益k
1
2 f RC
C’ R’ -
Vi
+
Vo
•可得输出电压Vo与R成线性关系：
V0
1 RC
Vm
sin
tdt

Vm
RC
cos
t
Vm cos t Vm RC cos t
2fRC
2RC
•然后对正弦波（余弦波）进行整流、滤波变成直流
三角波频率为：
f 2I 3VCC C
即频率 f 正比于I
• 从右图可知：
I (VCC VC )RX 代入上式，可得
f 2I 2(VCC VC )RX
3VCC C
3VCC C
2RX 3C

2 RX 3VCCC
VC
•上式中RX、C、VCC均为固定值，所以 f 与VC 成线性关系
• 再设计一个电路，使VC与电阻R成线性关系，就得 f 与R成线性 关系，具体电路如下图
• 图中，三极管的发射极电流是恒定的，因而集电极电流也是 恒定的，调节电位器P也就改变了集电极输出电压VC
方案2的现场模拟信号产生器及F/V变换电路
F/V变换器：
• 该电路采用了LM331，其线性度可达0.06%，完全能满足题目 要求 • 该IC 输出电压VO = fi
设计方案：
1. 使用微机控制， 特点：成本较高 2. 使用单片机控制， 特点：简单，成本较低

二、系统结构框图
R/V变换
LCL8038
远端CPU RS485接口
F/V变换
A/D变换
数据采集端
EPROM
RS485接口 主控端CPU
数据处理显示
EPROM
8279 键盘
显示
方案介绍
• 该设计采用双CPU控制，即在数据采集的远端、近端均采用 单片机控制，提高了可靠性、实用性。
•之后还要满足200Hz~2000Hz对应1V~5V，需要在其后加一 级运放作电平调整及移位电路（具体电路略）
方法2：
采用单片函数发生器ICL8038构成三角波发生器及正弦波整形电 路，然后采用集成F/V变换器LM331
• 基本原理： ICL8038产生的三角波的频率 f 与电压VC 成线性关系，如果能使 电压VC与电阻R 成线性关系,这样电阻R与频率f也就 成线性关系。 • 具体分析： ICL8038内部框图：
ADC0809与单片机接口
ADC0809内部组成及引脚图
3. 主从CPU通讯 4.键盘与 显示模块 5.软件设计
作品讲析（二） 多路数据采集系统
一、设计任务 设计一个八路数据采集系统，系统原理框图如下：
主控器能对50米以外的各路数据，通过串行传输线（实验中 用1米线代替）进行采集和显示。具体设计任务是：
（1）现场模拟信号产生器。
（2）八路数据采集器。 （3）主控器。 二、设计要求 1．基本要求
（1）现场模拟信号产生器：自制一正弦波信号发生器，利 用可变电阻改变振荡频率，使频率在200Hz～2kHz范围变化， 再经频率电压变换后输出相应1～5V直流电压（200Hz对应1V， 2kHz对应5V）。
1. 现场模拟信号产生器及F/V变换电路
分析：利用可变电阻控制正弦波振荡频率，然后经F/V变换电路， 变换成可控制的直流电压，一般要求直流电压幅度与电阻值成线 性关系。即具有线性的R/V关系。
方法1：
采用文氏电桥振荡器及F/V变换
采用此种方法，其振荡频率
I f
f 1
2RC
显然，f 与R不是线性关系
• 设计要求将200~2000Hz的频率变换为1~5V，可得变换式为：
V=0.00222 f + 0.556 • 故应对 F/V 的结果进行电位平移
• 电路中的电位器P4调节零点，使频率为200Hz时输出1V；电 位器P3调节满度，使频率为2000Hz时输出5V。
F/V（V/F）变换器介绍：
LM331采用双列直插8脚封装,引脚功能如下：
2．发挥部分 （1）利用电路补偿或其它方法提高可变电阻值变化与输出直流电
压变化的线性关系； （2）尽可能减少传输线数目 （3）其它功能的改进（例如：增加传输距离，改善显示功能）。
三、评分意见 （略）
作品学校： 北京工业大学电子工程系
一、概述
题目分析
• 题目类型： 数据采集与处理。 • 题目意义：
应用于远距离多路信号测量与控制。如粮库、油田、矿井 及饭店等需要同时监控多路温度、湿度、瓦斯含量等场合
• 远端完成数据的采集、抽样、平滑、发送； 近端完成数据接收、校验、纠错、处理与显示等。
• 双机采用串行通讯，使用国际标准的RS485差分方式接口， 通讯速率和传输距离优于RS232标准接口方式。采用差分 传输，仅用两根非屏蔽的双绞线，就可以最大程度的抑制 共模信号，提高抗干扰能力。
三、系统原理及部分电路介绍
（2）八路数据采集器：数据采集器第1路输入自制1～5V直 流电压，第2～7路分别输入来自直流源的5，4，3，2，1，0V直 流电压（各路输入可由分压器产生，不要求精度），第8路备用。 将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号，再经并/串变 换电路，用串行码送入传输线路。
（3）主控器：主控器通过串行传输线路对各路数据进行采集和 显示。采集方式包括循环采集（即1路、2路……8路、……1路） 和选择采集（任选一路）二种方式。显示部分能同时显示地址和 相应的数据。
1. IOUT； 2. IREF； 3. FOUT； 4. GND； 5. RC； 6. UREF； 7. UIN； 8. VCC
V/F变换举例
常用的F/V（V/F）变换器：
2. A/D采集
该转换器工作在远程数据采集端
采用ADC0809，该IC为CMOS集成电路属于逐位逼近比较型 的转换器，分辨率为8位，转换时间为0.1ms，数据输出端具有三 态输出锁存器，，可与单片机的数据总线直接连接，而且有8路 模拟开关，可直接连接8个模拟量，并可程控选择对其中的一个 模拟量进行转换