基于AD0809和单片机的多路数据采集系统硬件实现方案.doc
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1、基于AD0809和单片机的多路数据采集系统硬件实现方案本文的主要任务是对05V的直流电压进行测量并送到远端的PC机上进行显示。由于采集的是直流信号,对于缓慢变化的信号不必加采样保持电路,因此选用市面上比较常见的逐次逼近型ADC0809芯片,该芯片转换速度快,价格低廉,可以直接将直流电压转换为计算机可以处理的数字量。同时选用低功耗的LCD显示器件来满足其在终端显示采集结果的需求。终端键盘控制采用尽可能少的键来实现控制功能,为了防止键盘不用时的误操作,设计时还设置了锁键功能,在键盘的输入消抖方面,则采用软件消抖方法来降低硬件开销,提高系统的抗干扰能力。软件设计方面则采用功能模块化的设计思想;键盘模
2、数转换等采用中断方式来实现,从而大大提高了单片机的效率以及实时处理能力。1 数据采集系统的硬件结构数据采集系统的硬件结构一般由信号调理电路、多路切换电路、采样保持电路、AD转换器以及单片机等组成。本文主要完成功能的系统硬件框图如图1所示。数据采集系统硬件设计框图图1 数据采集系统硬件设计框图2 ADC0809模数转换器简介21 ADC0809的结构功能本数据采集系统采用计算机作为处理器。电子计算机所处理和传输的都是不连续的数字信号,而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量,模拟量经传感器转换成电信号后,需要模数转换将其变成数字信号才可以输入到数字系统中进行处理和控制,因此,把模拟量转换成数字量输出
3、的接口电路,即AD转换器就是现实信号转换的桥梁。目前,世界上有多种类型的AD转换器,如并行比较型、逐次逼近型、积分型等。本文采用逐次逼近型AD转换器,该类AD转换器转换精度高,速度快,价格适中,是目前种类最多,应用最广的AD转换器。逐次逼近型AD转换器一般由比较器、DA转换器、寄存器、时钟发生器以及控制逻辑电路组成。ADC0809就是一种CMOS单片逐次逼近式AD转换器,其内部结构如图2所示。该芯片由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等电路组成。因此,ADC0809可处理8路模拟量输入,且有三态输出能力。该器件既可与各种微处理器相连,
4、也可单独工作。其输入输出与TTL兼容。内部结构ADC0809是8路8位AD转换器(即分辨率8位),具有转换起停控制端,转换时间为100s采用单+5V电源供电,模拟输入电压范围为0+5V,且不需零点和满刻度校准,工作温度范围为-40+85功耗可抵达约15mW。ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,图3所示是其引脚排列图。各引脚的功能如下:引脚排列图图3 ADC0809的引脚排列图IN0IN7:8路模拟量输入端;D0D7:8位数字量输出端;ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路;ALE:地址锁存允许信号,输入,高电平有效;START:AD转换启动信
5、号,输入,高电平有效;EOC:AD转换结束信号,输出,当AD转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平);OE:数据输出允许信号,输入,高电平有效。当AD转换结束时,此端输入一个高电平才能打开输出三态门,输出为数字量;CLK:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高640kHz;REF(+)、REF(-):基准电压;Vcc:电源,单一+5V;GND:地。ADC0809工作时,首先输入3位地址,并使ALE为1,以将地址存入地址锁存器中。此地址经译码可选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位;下降沿则启动AD转换,之后,EOC输出信号变低,以指示转换正在进行,直到AD转
6、换完成,EOC变为高电平,指示AD转换结束,并将结果数据存入锁存器,这个信号也可用作中断申请。当OE输入高电平时,ADC的输出三态门打开,转换结果的数字量可输出到数据总线。AD转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。对于8通道的输入信号,其分辨率为05。8位AD转换器的精度为:22 ADC0809的工作时序图4所示是ADC0809的工作时序图。从该时序图可以看出,地址锁存信号ALE在上升沿将三位通道地址锁存,相应通道的模拟量经过多路模拟开关送到AD转换器。启动信号START上升沿复位内部电路,START的下降沿启动转换,此时转换结束信号EOC呈低电平状态,由于逐位逼近需要一定过程,所以,在此
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