数据采集通道接口设计85页PPT

X0～X7：输入； X： 输出，可以通过外部地址（C，B， A引脚）选择8路输入中的某1路与输出X 接通; VDD和VEE ：提供工作电源，其幅值不得 低于模拟信号； INH：禁止控制输入，输入高电平时，多 路开关中各开关均不通，输出呈高阻态。
•25
4D型触发器74LS175用作通道译码控制器：
（1）RD=1,CP=0时，输出处于保持状态，MUX与微机总线隔离。 （2）RD=1,CP由0 —>1，Q=D，数据总线的通道选择码被加至多 路开关八选一译码器输入端。
•26
2．微机与DAC的接口
实现D/A转换器和微型计算机接口技术的关键是数据锁存 问题。有些D/A转换器芯片本身带有锁存器，但也有些 D/A从转换器芯片本身不带锁存器。此时一些并口芯片如 8212，74LS273及可编程的并行I/O接口芯片8255A均可 作为D/A转换的锁存器。
A/D和D/A与微机的接口有串行接口和并行接口之分。本 章主要介绍并行D/A和A/D转换的并行接口。目前大多数 A/D转换器（高速）都内含采样保持器，所以，此处不考 虑采样保持器。
•7
数据采集系统对微机接口的要求：
（1）具有能与系统总线相连接的数据缓冲器和多根数据线。 由于接口电路是挂在系统总线上的，只有接口电路为三态输出 时才不会对数据产生影响。传输数据在接口电路被激活之前先 保存在数据缓冲器内。 （2）应有地址译码和片选功能，以便微机能通过寻址对其进 行访问。 （3）应有地址或数据锁存功能。因为外部设备送到接口电路 的信息，微机不一定有空读取，此时接口应把信息暂时锁存， 以待微机空闲时读取。 （4）具有中断请求和处理的功能，以便微机能通过中断来读 取或输出信息。
从X、Y同步输出不同电压的程序：
MOV DPTR，#addr1 ；1#输入寄存器地址

软件
工业控制机
下位机机箱
上位机
13.3基于单片机数据采集系统
▪ . 1、单片机的特点 ▪ （1）可靠性高：芯片本身是按工业测控环境要求设计，其工业抗
干扰能力强，指令及系统常数因化在ROM中，不易破坏，硬件集成 度高，所以可靠性高。 ▪ （2）易扩展：单片机提供扩展用三总成，并行、串行I/O引脚，易 构成各种规模的计算机应用系统。 ▪ （3）控制功能强，软件指令丰富。 ▪ （4）存储容量小，一般RAM仅几百字节，ROM为几千字节 ▪ 8位： 256 4k 8k ▪ 扩展后： 64k 64k ▪ （5）体积小 ▪ （6）开发周期短，成本低
▪ （1）灵活方便，适用于多通道，高速数据采集成一些特殊场合的测 控要求。
▪ （2）计算机可用于测试目的也可用作他用。
▪ （3）计算机可管理多个测量仪器或相关设备，灵活方便。
▪ 注意：外接电源机箱可以根不同功能或要求的测控系统单独进行设 计，但最好选用通用机箱（标准机箱，2U、3U、4U）价格可以下降。
C
二流体喷枪 空气
鼓 风机
料桶 料液 蠕动泵
0
1
2
3
无锡 虹 业 自 动 化 工 程 有 限 公 司
4
5
6
文件 名 F il e N am e:
日期 Is su e:
2 00 2. 10
7
8
9
10
设计 D es ig n: 王兵辉
制图 D ra w:
CA D室
审核 C he ck :
11
12
13
14
A/D转换器 控制逻辑
计算机
速度快，价格昂贵，适用高速有同步要求的场合，如军事，
5~10KHz以上

RTDs
• 精度比热电偶高 • 不需要冷端补偿 • 比热电偶昂贵 • 需要电流源 • 非线性输出,需要线性化 • 2路RTDs接线,简单,但要考虑接线电阻误差 • 3路和4路 RTD 接线,消除了接线电阻误差
热敏电阻
• 需要电流源或电压源激励 • 非线性化强烈,需要线性化 • 敏感度高 • 电阻高
=
AD得输入范围
增益 * 2n
n = # of ADC bits
A/D 采样率
Adequately sampled
Aliased due to undersampling
Nyquist 原理 采样率 > 2倍得最高频率
多通道采集
采集模式
连续扫描 同步采样 间隔扫描
Battery 1 Battery 2
Limit Switches Thermostats
Manual Switches
Electromechanical Relays or Solid-State Relays
mon-Mode Voltages or
High Voltages
Optical Isolation
数字I/O
模拟信号
0.985 t
Output: Close a valve
10-
t
连续脉冲信号
Input: Read an optical encoder
Output: Generate a square wave
驱动程序得功能 通道数
DAQ卡需要考虑得指标
分辨率 时钟频率
数字信号调理
Loads Requiring AC
Switching or Large Current
Measurement and automation ActiveX controls

数据缓冲与接口电路
– A/D转换结果由接口控制传入内存 – 内存中的数字序列通过接口传送给D/A 定时与控制逻辑
时序图
时序说明
(1)开始MUX开关切换 (2)开始PGA放大倍数切换 (3)开始采样/保持 (4)开始A/D转换 (5)A/D转换完成
数据传送方法
I/O方式
– 查询方式 – 中断方式 – DMA方式
3、精度
除了量化误差，还有其他因素如非线性引 起的误差 精度指量化误差和附加误差之和 附加误差的总和，称总不可调误差 实际上就是A/D调整到最精确情况下还存在 的附加误差 4、转换时间 从发出启动转换命令到转换结束获得整个 数字信号为止所需的时间间隔
A/D精度定义说明 A/D精度定义说明
A/D分类：计数式A/D转换，逐次逼近转换， 双积分式A/D转换，并行A/D转换，串/并行 A/D转换等 计数式A/D转换线路比较简单，但转换速率 比较慢 双积分式A/D转换精度高 并行A/D转换、串/并行A/D转换速度快 逐次逼近型A/D转换既照顾了转换速度，又 具有一定的精度
逐次逼近型A/D的原理 逐次逼近型A/D的原理
存储器方式
– 数据缓存：高速采集一组数据后，再成组向主 机传送 – 乒乓缓存 – 采用内存直接映像方法
采样/ 采样/保持电路
任何A/D转换器都要时间来完成量化及编码，转 换时，如果模拟量变化，将直接影响转换精度 特别在同步系统中，几个量均要取同一瞬时的值, 就要采样74控制信号功能表 AD574控制信号功能表
AD574的启动时序 AD574的启动时序
AD574的读时序 AD574的读时序
基于PC总线的AD574接口卡 基于PC总线的AD574接口卡
接口卡电路说明
74LS245用于数据缓冲 DIR=1，即R/C=1时，系统读AD结果 DIR=0，即R/C=0时，系统用假定外设操作 来启动AD574作双极性A/D转换 由于模拟电压从10VIN输入，所以外接 +12V和-12V即可 译码电路用系统地址线A1~A9参加译码 /IOR和/IOW也参加译码，Y0~Yn为读写端 口

▪ 例：青岛项目 薄膜蒸发器项目
▪
南理工压力，速度测量系统
例子
.
例子
各. 种传 感器
智能数据 采集模块
下位机
RS485
工控机
.
.
USB总线数据采集系统
.
温湿度变送器
压差变送器 风速变送器 电压电流变
送器 流量传感器
各种传感器
机箱 供电电源
USB数据采集卡
USB总线
基于Labview平台 开发的数据采集
2、单片机的结构及组成
.
Sensor Sensor 开关量
键盘
打印
调理电路
放大滤波 整形
Smit触发器
A/D 整形
显示LED 报警
0832D/A 通信RS232
基于8051的智能仪表的组成
13.5基于IPC与PLC的测控系统
.所有的工业控制中，PLC的可靠性是最高的，其弱点是： （1）显示功能和数据处理的能力不如IPC机， （2）开关控制功能强大，模拟量控制能力稍差。 PLC一般应用于批量不大的工业设备和工厂生产过程的自 动控制。如果系统中开关量多（10个以上），采用PLC。 如今PLC 作为下位机与PC机，IPC进行连网，组成计算机 集散控制与管理系统（DCS）前景非常好。
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上位机
13.3基于单片机数据采集系统
▪ . 1、单片机的特点 ▪ （1）可靠性高：芯片本身是按工业测控环境要求设计，其工业抗
干扰能力强，指令及系统常数因化在ROM中，不易破坏，硬件集成 度高，所以可靠性高。 ▪ （2）易扩展：单片机提供扩展用三总成，并行、串行I/O引脚，易 构成各种规模的计算机应用系统。 ▪ （3）控制功能强，软件指令丰富。 ▪ （4）存储容量小，一般RAM仅几百字节，ROM为几千字节 ▪ 8位： 256 4k 8k ▪ 扩展后： 64k 64k ▪ （5）体积小 ▪ （6）开发周期短，成本低

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±9V电源
5V电源
AD590 温度采 集电路
放大 电路
单路 A/D 转换器
单片机
四位 数码管
显示
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课题一 数据采集系统
四、器件选型
1、放大电路采用通用器件LM741两级放大，价 格低廉，精度达到要求；
2、 A/D转换器仅需单路，采用熟悉的ADC0809 系列产品ADC0804芯片；
表。
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课题一 数据采集系统
2.PCB版图绘制要点： ➢ 合理安排器件位置，要求所有IC芯片的缺口
方向一律向上； ➢ 4位数码管安排在电路上方； ➢ 电源稳压块安排在电路侧面，留出加装散热片
的位置； ➢ 电源线适当加粗，空白地方尽可能地线覆铜。 3、制版、焊接器件，准备调试。
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课题一 数据采集系统
六、 软件编制
1. 绘制流程图； 2. 编制软件，调试。段叙述。
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课题一 数据采集系统
THANK YOU VERY MUCH ！
本章到此结束， 谢谢您的光临！
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课题一 数据采集系统
第19章 数据采集系统
一、任务要求 1. 使用AD590温度传感器采集温度信
号，放大后经A/D转换器送入单片 机中并在数码管上显示。 2. 系统必须配有合适的电源。
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课题一 数据采集系统
课题一 数据采集系统

第1节 模拟信号的输入及A/D转换器
模拟信号输入通道
作用:是将由传感器送来的模拟量进行电平转换、滤 波、放大、采样保持、模/数转换之后，输入微处理 器中。 组成：完整的模拟信号输入通道由滤波器、放大 器、采样/保持器、模/数转换器等组成，
也有只需要其中部分器件的模拟信号输入通道。在每个系统中 需要采样的点数及要求的转换精度和速度不同，所以在一个数 据采集系统中，可能会有多种转换方式。
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模拟信号输入通道的工作方式
1、单通道不带采样/保持器的A/D转换 2、单通道带采样/保持器的A/D 3、多通道A/D转换 4、多通道共享A/D转换 5、多通道共享采样/保持器与A/D转换器
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模拟信号输入通道的工作方式
1、单通道不带采样/保持器的A/D转换 这种电路适合于输入信号变化缓慢的场合，其转换 速度一般，精度较高，方框图如图2-1所示。
首先，在信号的变化范围内，不能因A/D转换器分辨率过低 造成测量“死区”。如信号｜x(t)｜的最大值为xmax,最小值 为xmin
q/2≤xmin
必须得到满足
若使xmax=uＦＳ
21 xmin N 1 xmax
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所以
对截断量化误差来说，则
N log xmax 1 x2
min
N log xmax x2
1
X
0
X
0
输入结果为负值
10
X
X
1
输入结果过程量
11
X
X
1
输入信号欠量程
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• Q3：表示千位（1/2位）数的内容,Q3=“0”（低电平） 时，千位为1；Q3=“1”（高电平）时，千位数为0。

式中，Um为正弦模拟信号的幅值，f为信号频率。在
U t
Um 2
f
第4章 数据采集系统设计
U
U
0 t0 t1
t
tA / D
图4―6 由tA/D 引起的不确定误差电压
第4章 数据采集系统设计
取Δt=tA/D
U Um 2 ftA/ D
U 100
Um
2
fA/D
100
(4―5)
第4章 数据采集系统设计
第4章 数据采集系统设计
在计算机控制系统中多采用集成电路多路开关， 其种类、型号都比较多，有8通道、16通道、甚至32通 道的。常用的多路开关有CD4051(或MC14051)、 AD7501、LF13508等。
第4章 数据采集系统设计
4 IN / OUT
6 OUT / IN
7 IN / OUT
4.2.2 模拟量输入通道的组成 模拟量输入通道由于应用要求和系统本身特点的
不同，可以采用不同的结构形式。目前普遍采用的是 多路通道共享采样/保持器(S/H)和A/D转换器的结构形 式，其一般组成框图如图4―4所示。
第4章 数据采集系统设计
I/O
A/D
S/H
接
口
CPU
电
路
控制电路
放大器
多
信号处理
路
第4章 数据采集系统设计
f (t)
f * (t)
f (t)
S
f * (t)
O
t
(a) 被采样信号
(b) 采样开关
0 T 2T 4T 6T t (c) 采样信号
图4―2 采样过程
第4章 数据采集系统设计
图4―2中f(t)是被采样的模拟信号，它是时间和幅值 都连续的函数。采样后的f(t)被以时间间隔T为周期闭合、 断开的采样开关S分割成图中所示的时间上离散而幅值 上连续的离散模拟信号f*(t)。离散模拟信号f*(t)是一连串 的脉冲信号，又称为采样信号。采样开关两次采样(闭 合)的间隔时间T称为采样周期，采样开关的闭合时间τ称 为采样时间，0、T、2T…各时间点称为采样时刻。

8
H
L
L
L
9
H
L
L
H
10
H
L
H
L
11
H
L
H
H
12
H
H
L
L
13
H
H
L
H
14
H
H
H
L
15
H
H
H
H
（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CP下0 降C沿P1作用下开始 计数操作。
（3）将 CP1 与Q0连接， 计数脉冲由CP0 输入， 开始四位二进制计数。
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
模拟
IN5
开关
IN6
IN7
ADD-A ADD-B ADD-C
ALE
地址 锁存 与译码
A/D 转换
D8
D7
三
态
D6
锁
D5
存
缓
D4
冲
D3
器
D2
D1
UREF(+) UREF(-)
ADC0809时序图
寄存器复位
启动A/D转换
START 地址锁存
ALE
ADD-A ADD-B ADD-C
EOC

➢ 一方面，是因为传感器一般均不具有零输出阻抗， 也不一定能直接提供公用的输出信号量值；（阻 抗：在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流 电所起的阻碍作用）
➢ 另一方面，是因为传感器的工作环境往往比较复
杂和恶劣，在传感器的输出端经常产生较大的干
扰噪声。
编辑版pppt
17
虽然运算放大器对直接接到两个差动端的共 模信号均有较高的抑制能力，但由于这种电 路的低输出阻抗、不平衡的输入阻抗以及放 大器共模抑制能力直接与电阻比相匹配等缺 陷，使得其不适合要求较高的数据采集任务。
编辑版pppt
1
数据采集系统最主要目标有两个： ➢ 一是精度； ➢ 二是速度。
对任何量的测试都要有一定的精确度要求， 否则将失去测试的意义；
提高数据采集的速度是为提高工作效率，便 于实现动态测试。
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2
现代数据采集系统具有如下主要特点：
（1）一般都由计算机控制，数据采集的质量 和效率等大为提高，也节省硬件投资。
编辑版pppt
4
第一节 数据釆集系统的基本构成
一、数据采集系统的基本构成 图6-1是数据釆集系统的典型结构，数据釆集
系统既能完成釆集，也能实现处理。它主要 由四部分组成：
编辑版pppt
5
编辑版pppt
6
（1）数据采集器:包括多路开关MUX、测量放 大器IA、采样保持放大器SHA、模数转换器 ADC等，将多个现场模拟信号逐个采样再量化 成数字信号后送往微型计算机。
✓ CMOS：互补金属氧化物（PMOS管和NMOS管）共 同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，功耗很低、 电压范围宽、抗干扰能力强。
✓ TTL：集成电路输入级和输出级全采用晶体管组成的 单元门电路，多发射极实现输入级“与”逻辑，输 出级晶体管实现“非”逻辑。与非门输出结果为： 有0出1，全1出0。+5V等价于逻辑“1”，0V等价于 逻辑“0”，被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平） 信号系统 。