数据采集器设计报告-.doc

8通道精密模拟量数据采集器制定
一.制定描述
目标：制定一能采集8个通道的模拟量的精密数据采集系统。
主要技术指标：
〔1〕模拟量通道数：8；
〔2〕AD转换分辨率：14位〔数据实质是12位，加符号位和过量程指示位，总共14位〕；
〔3〕模拟量输入范围：；
〔3〕数据通信与显示方式：采集到的数据通过串口发送到上位计算机，由计算机显示数据；
〔4〕上位计算机与数据采集系统〔下位机〕通信方式：串口通信，主从通信方式，上位机为主机，下位机为从机。由上位机发起通信，下位机响应，将采集到的8路数据一并发送到计算机中。
二、方案制定
按要求，制定数据采集器方案如下所示：
数据采集器采纳STC51系列单片机作为微控制器，模拟开关MAX308的地址A0、A1、A2分别与P1.0~P1.2连接，通过控制P1口输出来选择输入信号，将信号依次输入送入双积分AD转换器ICL7109的模拟信号输入端，在使用模拟开关时，将模拟开关的输出端连接到ICL7109的输入通道即可。ICL7109的转换结果通过P0口传给单片机，单片机将采集结果通过串行通信RS232接口上传给上位PC机，实现数据的采集。
数据采集器方案示意图
电路原理图
STC12C5A60S2单片机电路
本实验中选取STC12C5A60S2单片机作为微控制器，需要片外11.0592MHz的振荡器。在本此实验中程序及数据不多，故无需另加外部程序存储器。单片机部分的电路如下所示：
AT89C51单片机电路
数据输入部分
通道选择电路
数据输入部分由模拟开关MAX308实现多路信号的切换。MAX308是单8路〔单刀16位〕模拟开关，各开关由外部输入二进制的地址码A0、A1、A2来切换。其中脚1、14和16是地址码A0、A1、A2的输入端；输入脚A0、A1、A2分别与单片机P1.0~P1.2相连，改变P1输出即可切换输入通道，控制脚接高。
MAX308 功能引脚图
模数转换部分
ICL7109数模转换与单片机接口电路
模数转换元件选用ICL7109，其主要特性有：
双积分式12位A/D转换器；
数据输出为12位二进制数，并配有较强的接口功能，能方便的与各种微处理器相连；
双电源±5V，引入V+，V—〔40，28脚〕，1端GND为公共接地端。；
模拟输入电压范围0~+5V，基准电压供给；
工作温度范围为-55~125；
功耗约400mW。
1、模拟信号输入
模拟信号可差分输入，分别接入差分输入高端INHI〔35脚〕和差分输入低端INLO〔34脚〕。模拟信号公共端为COMMON〔33脚〕。
2、时钟电路
ICL7109片内有振动器及时钟电路。片内提供的多功能时钟振动器既可用作RC振荡器，也可作为晶体振荡器。OSCSEL〔24端〕为振荡器选择。OSCSEL〔24端〕为高电平或开路时片内为RC振荡器，此时OSCOUT〔23端〕和BUFOSCOUT〔25端〕外接电阻、电容到OSCIN〔22端〕，如图4所示；OSCSEL为低电平常，外接振荡晶体，片内为晶体振荡器如图5所示。
接成RC振荡器时，振荡器频率为0﹒45/RC〔电容不能小于50PF〕。接成晶体振荡器时，内部时钟为58分频后的振荡器频率。
为了使电路具有抗50串模干扰能力。A/D转换时应选择积分时间〔2048个时钟数〕等于50HZ的整数倍。例如取积分时间为50HZ的1倍，即20MS，则晶体频率F=〔2048个时钟周期〕ｘ〔58/20MS〕=5﹒939MHZ；关于RC振荡器，则F=〔2048个时钟数〕/20ms=102﹒4KHZ。
3、接口方式
ICL7109内部有一个14位〔12位数据和一个极性，一位溢出〕的锁存器和一个14位的三态输出寄存器，可以很方便地与各种微处理器直接连接，而无须外部加额外的锁存器。ICL7109有两种接口方式，一种是直接接口方式，另一种是挂钩接口方式。在直接接口方式中，ICL7109转换结束时，由STATUS发出转换结束信号到单片机，单片机对转换后数据分高位字节和低位字节进行读数。在挂钩接口方式时，ICL7109提供工业标准的〔通用异步接收发送器〕数据交换模式，适用于远距离的数据采集系统。
4、ICL7109外部电路的参数选择
ICL7109外部电路的连接及元件参数值如图。
A﹒积分电阻RINT的选择
缓冲扩大器和积分器能够提供20UA的推动电流，积分电阻要选得足够大，以确保在输入电压范围的线性。
积分电阻RINT=满度电压/20UA
当输入满度电压=4﹒096V时，RINT=200KΩ，此时基准电压REFIN-和REFIN+之间为+2V，由电阻R2和电位器R1分压取得。如满度电压为方便用户4﹒096MV，则RINT=20KΩ，基准电压=0.2V。RINT接入缓冲扩大器输出端BUF〔30脚〕。
B．积分电容CINT的选择