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-20210602214015.docx-原创力文档...

最新推荐文章于 2021-07-20 03:10:28 发布

程薛

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文章标签：计算机控制接口板设计

Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】

计算机控制实验报告过程接口板设计

实验一：《过程接口板设计》上机报告

设计内容

设计一个32路的数据采集系统

设计要求

1、输入信号为正负5V；用查询法读取A/D的转换数；

2、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：

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：

(1)多路数据输入单元。

(2)采样保持电路的A/D转换单元。

(3)硬件和单片机的连接电路。

(4)单片机输出的数据锁存和D/A转换单元。

其中设计包括：

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

2、设计步骤

32路数据采集系统的硬件部分：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，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，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，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)，因此需要的控制电压为 VEE～VDD，电平转换电路将输入的逻辑控制电压(A、B、C、INH端)从VSS～VDD转换到VEE～VDD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，不能直接用于显示、记录、控制或进行A/D转换。因此，在进行非电量到电量转换之后，需要将信号放大。由于前置放大器要求输入阻抗高，漂移低、共模抑制比大，所以选用高阻抗、低漂移的运算放大器AD521作为前置放大器。

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，在A/D转换期间的变化量小于A/D转换器的误差，且不是多通道同步采样时，则可以不用采样/保持电路。当控制信号UC为采样电平时，开关S 导通，模拟信号通过开关S向保持电容CH充电，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，开关S断开，此时输出电压Uo保持模拟开关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，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

驱动信号

采样/保持器原理图

采样/保持器的选择，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，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，其管脚及结构示意图所示，其中脚1是同相输入端，脚9是反相输入端，保持电容CH在脚6和脚8之间，脚10和脚5是正负电源；脚11和脚12是逻辑控制端；脚3和脚4接直流调零电位器；脚2，7，13，14为空脚(NC)。

AD582管脚图

由于AD582的以上特征，所以选择AD582采样保持器。

下图为AD582的连接图。

4)模/数转换电路

A/D转换器是数据采集系统的关键器件，选择A/D转换器时，要根据系统采集对象的性质来选择其类型。

模

拟

多

路

开

关

模数