计算机控制接口板设计,计算机控制实验报告(过程接口板设计).docx

放大器传感器多路开关

放大器

传感器

多

路

开

关

采

样

保

持

AD

转

换

定时与逻辑控制

传感器

控

制

器

计

算

机

32 路的数据1采集系统

实验一&＃xff1a;《过程接口板设计》上机报告 1、设计内容

设计一个 32 路的数据采集系统

2、设计要求

输入信号为正负 5V&＃xff1b;用查询法读取 A/D 的转换数&＃xff1b;

用 Protel 软件画出该数据采集板的原理线路图。

设计过程

1、设计原理

系统总框图如图所示&＃xff1a;

RS232

系统原理框图

根据系统原理框图得到设计的主要组成如下&＃xff1a; (1)多路数据输入单元。

采样保持电路的 A/D 转换单元。

硬件和单片机的连接电路。

单片机输出的数据锁存和 D/A 转换单元。 其中设计包括&＃xff1a;

模拟多路开关电路

运算放大电路

采样保持电路

模数转换电路

硬件和单片机的连接电路

数模转换电路

转换开关保护电路

1

5481061113

5

4

8

10

6

11

13

12

32 路的数据2采集系统

2、设计步骤

32 路数据采集系统的硬件部分&＃xff1a;分为多路数据输入部分、采样保持部 分、A/D 转换部分、硬件和单片机的连接电路部分、D/A 转换部分。

1)多路开关的选择

多路转换开关在模拟输入通道中的作用是实现多选一操作&＃xff0c;即利用多路转 换开关将多路输入中的一路接至后续电路中。切换过程可在 CPU 或数字电路的 控制下完成。

常用的模拟开关大都采用 CMOS 工艺&＃xff0c;如 8 选 1 开关 CD4051、双 4 选 1 开关 CD4052、三 3 选 1 开关 CD4053 等。

本实验要实现 32 路数据采集&＃xff0c;则选择 4 片 8 选 1 的模拟开关 CD4051。 CD4051 由电平转换电路、译码驱动电路和 CMOS 模拟开关电路三部分组

成。开关部分的供电电压为 VEE(低端)和 VDD(高端)&＃xff0c;因此需要的控制电压

为

VEE&＃xff5e;VDD&＃xff0c;电平转换电路将输入的逻辑控制电压(A、B、C、INH 端)从

V

SS

&＃xff5e;V

DD

转换到 V

EE

&＃xff5e;V

DD

以满足开关控制的需要。

2)前置放大电路

传感器检测出的信号一般是微弱的&＃xff0c;不能直接用于显示、记录、控制或进 行 A/D 转换。因此&＃xff0c;在进行非电量到电量转换之后&＃xff0c;需要将信号放大。由于前 置放大器要求输入阻抗高&＃xff0c;漂移低、共模抑制比大&＃xff0c;所以选用高阻抗、低漂移 的运算放大器 AD521 作为前置放大器。

&＃43;15V

Rs100K

输入

1

1

14

RG

AD521

7

输出

10K

-15V

AD521 的外部接线图

3)采样/保持电路

当输入信号为缓慢变化的信号时&＃xff0c;在 A/D 转换期间的变化量小于 A/D 转换 器的误差&＃xff0c;且不是多通道同步采样时&＃xff0c;则可以不用采样/保持电路。当控制信号

U

C

为采样电平时&＃xff0c;开关 S 导通&＃xff0c;模拟信号通过开关 S 向保持电容 C

H

充电&＃xff0c;这

时输出电压 Uo 跟踪输入电压 UI 的变化。

当控制信号 UC 为保持电平时&＃xff0c;开关 S 断开&＃xff0c;此时输出电压 Uo 保持模拟开

2

-Us&＃43;Us43510&＃43;IN

-Us

&＃43;Us

4

3

5

10

&＃43;IN NC

NC NC

NULL L&＃43;

NULL L-

-Us &＃43;Us

CH -IN

NC OUTPUT

-IN

32 路的数据3采集系统

关 S 断开时的瞬时值。为使保持阶段 CH

上的电荷不被负载放掉&＃xff0c;在保持电容

CH 与负载之间需加一个高输入阻抗缓冲放大器 A。

模拟输入信号

U

C

A

U

I

U

O

驱动信号

CH

采样/保持器原理图

采样/保持器的选择&＃xff0c;是以速度和精度作为最主要的因素。因为影响采样/保 持器的误差源比较多&＃xff0c;所以关键在于误差的分析。AD582 它由一个高性能的运 算放大器、低漏电阻的模拟开关和一个由结型场效应管集成的放大器组成。它 采用 14 脚双列直插式封装&＃xff0c;其管脚及结构示意图所示&＃xff0c;其中脚 1 是同相输入端&＃xff0c;

脚 9 是反相输入端&＃xff0c;保持电容 C

H

在脚 6 和脚 8 之间&＃xff0c;脚 10 和脚 5 是正负电源&＃xff1b;

脚 11 和脚 12 是逻辑控制端&＃xff1b;脚 3 和脚 4 接直流调零电位器&＃xff1b;脚 2&＃xff0c;7&＃xff0c;13&＃xff0c;14 为空脚(NC)。

14

13

12

11

10

9

8

AD582 管脚图

由于 AD582 的以上特征&＃xff0c;所以选择 AD582 采样保持器。 下图为 AD582 的连接图。

L-

L&＃43;

AD582

OUTPUT

9

8

Uo

Ui

1

&＃43;IN

CH

6

CH

10K

RL

2K

0.05uF

0.05uF

-15V

3

&＃43;15V

模拟输入信号模数转换采样

模

拟

输

入

信

号

模数

转换

采样

保持

单

片

机

模

拟

多

路

开

关

控 制 逻 辑

1

&＃43;5V

32 路的数据4