多通道数据采集系统的设计(N)

ADC0809逻辑图 ADC0809逻辑图
引脚功能： 引脚功能： IN0～IN7 D1～D8 ADD-A～ADD-C 8路模拟量输入端 8路数字量输出端 3位地址输入，用于选通8路模 拟输入中的一路 ALE START 地址锁存允许信号（高电平有效） A/D转换启动脉冲输入端，输入一 个正脉冲使其启动 EOC A/D转换结束信号，它在START信 号上升沿之后（最多8个CLOCK周 期+2μS）变低，转换结束后变高 ENABLE 数据输出允许信号，输入，高电 平有效 CLOCK 时钟脉冲输入端
1、多通道数据巡回采集实验板； 2、直流稳压电源：DF1731SB； 3、数字万用表；
三、实验原理
1、数据采集的定义 数据采集的定义 数据采集：利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系 统内部的过程。如摄像头、麦克风，都是数据采集装置。被 采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、 风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般 是采样方式，即隔一定时间对同一点数据重复采集。 数据采集的目的是为了测量电压、电流、温度、压力、声音 等物理现象。通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合， 进行测量、分析、比较等。
6、电路分析
CP 0
CP1
一、地址信号产生电路
74LS293
CLR1
CLR 2
Q1
Q2
二、地址锁存信号、启动信号产生电路
74LS123
三、地址信号显示电路
74LS247
四、时钟信号产生电路
五、使能信号形成电路
六、A/D转换电路
1G
2G
七、输出二进制显示电路
74LS240
八、输出十进制显示电路
2、数据采集的方式 共享数据采集通道的结构方式。 多通道数据采集系统一般采用共享数据采集通道 共享数据采集通道 数据采集有顺序控制数据采集 程序控制数据采集 顺序控制数据采集和程序控制数据采集 顺序控制数据采集 程序控制数据采集两种方式。 ☆ 顺序控制数据采集：将各路被采集参数按时间顺序依次轮 流采样，系统的性能完全由硬件设备决定。每次采集过程中， 所采集参数的数目、采样点数、采样速率、采样精度都固定不 变。 数据采集时，控制多通道传送 门开启和关闭信号来自脉冲分 配器，在时钟脉冲的推动下， 控制信号不断循环，使传输门 以先后顺序循环启闭。
1G、 2G
真值表
输入 输出控制 A L H *
输出 Y H L Z
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
L L H
1G 1A1 2Y4 1A2 2Y3 1A3 2Y2 1A4 2Y1 GND
》
(6)ADC0809
ADC0809集成电路是采用CMOS工艺制成的单片8通道逐次逼 近型A/D转换器
内部结构
A/D转换器是由8路模拟开 关、地址锁存与译码器、 比较器、8位A/D转换器等 组成。
74LS293集成电路是二、八、十六制计数器
逻辑图： 逻辑图： 引脚功能： 引脚功能：
CP 0
二分频时钟输入端 （下降沿有效）
CP1
Q0～Q3 MR1、MR2
八分频时钟输入端 （下降沿有效） 输出端 异步复位端 》
74LS293原理图 74LS293原理图
CP 0
（1）异步复位端MR1、 MR2为高电平时，完成清 零功能。 （2）当MR1、MR2中有一 个为低电平时，在 、 脉冲下降沿作用下开始 CP 0 CP1 计数操作。 （3）将 CP1 与Q0连接， 计数脉冲由 CP 0 输入， 开始四位二进制计数。
3、数字电路设计的步骤 （1）方案设计和初步论证：针对所提出的任务，用具有一定 功能的若干单元电路构成一个整体电路，来实现系统的各项 性能。对各种方案可采取画框图的方式进行论证、选择。 （2）单元电路的设计：根据选定的总体方案，确定各单元电 路的要求及性能指标，通过学习、查阅资料，寻求最佳电路 形式，对主要参数进行计算。 （3)元器件的选择：数字集成电路发展迅速，必须了解相关 数字集成电路的种类和特点，根据设计需求选择。 （4）绘制电路图并安装调试 （5）完善电路图
被测量 计数器 时钟 被测量 多路传输门
被测量 分配器 译码器
☆ 程序控制数据采集：由硬件和软件两部分组成，根据不 同的采集需要，在程序存储器中存放若干种信号采集程序， 选择相应的采集程序进行采集工作，还可以通过编新的程序， 以满足不同采样任务的要求。 程序控制数据采集的采 样通道地址可随意选择， 控制多路传输门开启的 通道地址码由存储器中 读出的指令确定。
74LS123集成电路是可重触发单稳态触发器（有清除端）
逻辑图： 逻辑图：
Q2
CLR 2
引脚功能： 引脚功能： Q1、Q2
Q1 、Q 2
正脉冲输出端 负脉冲输出端 负触发输入端 正触发输入端 触发信号输入端 外接电容 外接电阻 》
A1、A2
Q2 CLR 2
B1、B2
CLR1、 2 CLR
CLR1 Q1
(5)74LS240
74LS240集成电路是八缓冲器（三态、反相）
逻辑图： 逻辑图：
VCC 2G 1Y1 2A4 1Y2 2A3 1Y3 2A2 1Y4 2A1 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
引脚功能： 引脚功能： 1A1～1AFra Baidu bibliotek 2A1～2A4 1Y1～1Y4 2Y1～2Y4 输入端 输出端 输出控制端
74LS247真值表 74LS247真值表
十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 输入 D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 a 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 b 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 c 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 输出 d 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 e 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 f 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 g 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 无 字形 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
实验六
多通道数据采集系统的设计
一、实验目的
1、学习A/D转换器件ADC0809的工作原理及使用方法； 2、掌握根据A/D转换器件的工作时序图设计控制电路 的基本方法； 3、掌握多通道数据巡回采集的概念； 4、测试ADC0809的精度； 5、学习触发器、计数器、显示译码器和LED数码管的 使用。
二、实验仪器
4、多通道数据采集系统的组成
地址信号产生电路：输出八路通道地址，控制传输通道的启闭。 地址锁存、启动信号产生电路：产生A/D转换电路所需的控制信号。 A/D转换电路：将模拟量进行量化，转换为相应的数字量。 译码/驱动电路：将二进制数转化为BCD码、BCD码转化为字符译码输出。
5、集成电路介绍
(1)74LS123
四、实验内容
多通道数据巡回采集实验数据记录表
1次 电压 通 道 0 读数 真值 误差 电压 通 道 1 读数 真值 误差 V LSB 1V 2次 1.5V 3次 2V 4次 2.5V 5次 3V 6次 3.5V 7次 4V 8次 4.5V 最大误差
四、实验内容
1、通道置0～7，测量地址信号产生电路的输出电压并绘制波形； 2、测量地址锁存信号、启动信号产生电路的输出电压； 3、测量使能信号形成电路的输入输出电压； 4、通道置0，测量地址信号显示电路的输出电压； 5、通道置0、电压1V，测量A/D转换电路的输出电压； 6、通道置0、电压1V，测量二进制显示电路的输出电压； 7、通道置0、电压1V，测量二 - 十进制转换电路的输出电压； 8、通道置0、电压分别设置为0.1V、1V、3V,测量OR2A-OUT、 OR2B-OUT的输出电压；
ADC0809转换关系 ADC0809转换关系
一旦选通通道X（0～7通道之一），其输出数字量DOUT和输入电压UIN的 关系为： DOUT=UIN*
256 UREF
A/D转换器的技术指标 A/D转换器的技术指标
1、分辨率：A/D转换器所能分辨的输入模拟量的最小值，通常以输 出二进制的位数表示。即n位输出的A/D转换器能区分2n个输入模拟电 压信号的不同等级，能区分输入电压的最小值为满量程输入的1/2n。 在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈 高。 2、转换时间：A/D转换器完成一次转换所需要的时间即为转换时间， 它反映了A/D转换的快慢。许多A/D转换器需要外加时钟脉冲，此时 时钟的频率直接影响到转换时间。 3、转换误差：输出数字量对应的理论模拟量与产生数字量的实际输 入模拟量的差值。一般用最低有效位（LSB）的倍数表示。以 ADC0809为例，1 LSB=5V/256 。
CEXT1、CEXT2
CLR1
Q1
REXT1、REXT2
74LS123真值表 74LS123真值表
输入
CLR
输出 B * * L ↑ H H 正单脉冲 负单脉冲 Q L L L
Q
触发方式有三种 （1） 接高电平、A接低电平、 CLR 从B脚输入上升沿来触发； （2） 接高电平、B接高电平、 CLR 从A脚输入下升沿来触发； （3）A接低电平、B接高电平、 从 CLR 脚输入上升沿来触发； 触发后Q、 脚分别输出正单脉冲 Q 和负单脉冲 脉冲宽度T=0.45RC
ADC0809时序图 ADC0809时序图
ADC0809模拟量输入通道的选择 ADC0809模拟量输入通道的选择
在开始转换前，必须选择被转换的模拟量通道。8路模拟开关由ADD-A、 ADD-B、ADD-C三地址输入端选通，地址信号与模拟通道的选通关系为：
地址C B A 被选模拟通道 000 IN0 001 IN1 010 IN2 011 IN3 100 IN4 101 IN5 110 IN6 111 IN7
A * H * L ↓ L
L * * H H ↑ ↑ 上升沿 ↓ 下降沿
H H H
(2)74LS14
74LS14集成电路是六反相器（施密特触发器）
逻辑图： 逻辑图： 引脚功能： 引脚功能： A1～A6 Y1～Y6 真值表： 真值表： 输入 A L H 输出 Y H L 输入端 输出端
(3)74LS293
1、通道置0～7，测量地址信号产生电路的输出电压并绘制波形；
通道0 ADD-A ADD-B ADD-C 通道1 通道2 通道3 通道4 通道5 通道6 通道7
2、测量地址锁存信号、启动信号产生电路的输出电压；
输出电压 地址锁存信号产生电路 启动信号产生电路
UREF(+) UREF(-) 基准电压
ADC0809工作过程 ADC0809工作过程 （1）输入3位地址，使ALE端为高电平，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。 （2）START端上升沿使寄存器复位，下降沿启动A/D转换。 （3）EOC输出信号变低，指示A/D转换正在进行。待A/D转换完成后，EOC 变成高电平，指示A/D转换结束，转换数据存入锁存器中。 （4）EOC端输出高电平，输入到ENABLE端，输出三态门打开，转换结果的 数字量输出到数据总线上。
真 值 表
（4）RD置零，输出端复 位。
1 2 3 4 5 6 7
(4)74LS247
74LS247集成电路是BCD-7段译码器/驱动器
逻辑图： 逻辑图： 引脚功能： 引脚功能：
A、B、C、D 译码地址输入端 LT RBI RBO a～g 灯测输入端（低电平有效） 消隐输入端（低电平有效） 消隐输出端（低电平有效） a～g 段输出（低电平有效） 》
CP1
计数 0
输出 Q3 L L L L L L L L Q2 L L L L H H H H Q1 L L H H L L H H Q0 L H L H L H L H
计数 8 9 10 11 12 13 14 15
输出 Q3 H H H H H H H H Q2 L L L L H H H H Q1 L L H H L L H H Q0 L H L H L H L H