Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
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接口板设计过程中计算机控制实验报告
实验1：过程接口板设计报告
设计内容
设计32路数据采集系统
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该软件绘制了数据采集板的原理线路图。
设计过程
1、设计原理
如图所示，系统总框图：
系统原理框图
设计的主要组成部分如下：
(1)多路数据输入单元。
(2)采样保持电路A/D转换单元。
(3)硬件与单片机的连接电路。
(4)单片机输出的数据锁定和D/A转换单元。
设计包括：
模拟多路开关电路
操作放大电路
采样保持电路
模数转换电路
连接电路的硬件和单片机
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：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一操作，即利用多路转换开关将多路输入中的一路连接到后续电路过程可以在CPU或在数字电路的控制下完成。
常用的模拟开关大多采用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。
为实现32路数据采集，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模拟开关电路由三部分组成。开关部分的电源电压为VEE(低端)和VDD(高端)所需的控制电压为 VEE～VDD，电平转换电路将输入逻辑控制电压(A、B、C、INH端)从VSS～VDD转换到VEE～VDD满足开关控制的需要。
2)前置放大电路
传感器检测到的信号一般较弱，不能直接用于显示、记录、控制或执行A/D转换。因此，在转换非功率到功率后，需要放大信号。由于前放大器需要高输入阻抗、低漂移和大共模抑制比，因此选择高阻抗和低漂移的操作放大器AD521作为前置放大器。
AD外部接线图521
3)采样/保持电路
当输入信号变化缓慢时，在A/D转换期间的变化小于A/D如果转换器的误差不是多通道同步采样，则无需采样/保持电路。当控制信号时UC采样电平时，开关S 模拟信号通过开关S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当输出电压保持电平时，开关S断开Uo保持模拟开关S断开时的瞬时值。保持阶段CH保持电容时，上部电荷不会被负载释放CH高输入阻抗缓冲高输入阻抗缓冲放大器A。
U
UO
UC
CH
模拟输入信号
驱动信号
UI
A
采样/保持器原理图
以速度和精度为主要因素，选择采样/保持器。由于采样/保持器的误差源较多，关键在于误差分析。AD582由结型场效应管集成的高性能操作放大器、低漏电阻模拟开关和放大器组成。采用14脚双柱直插式包装，其管脚及结构图表示，其中脚1为同相输入端，脚9为反相输入端，保持电容CH脚6和脚8之间，脚10和脚5为正负电源；脚11和脚12为逻辑控制端；脚3和脚4与直流调零电位器相连；脚2、7、13、14为空脚(NC)。
AD582管脚图
由于AD所以选择582以上特征，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设备，选择A/D根据系统采集对象的性质选择转换器的类型。
模
模
拟
多
路
开
关
模数
转换
单
片
机
控 制 逻 辑
模
拟
输
入
信
号
放大器
采样
保持
多通道共享采样/保持器A/D转换器图
A/D转换器的选择
模数转换电路的作用是将模拟信号转换为数字信号。模数转换电路选择12位模数转换器AD574，74，8位D锁定器LS373构成系统控制寄存器进行数据采集。地址译码器由744组成LS138(3-8 由门电路组成的译码器)。
AD574的工作方式
双极模拟输入有两个量程：-5V～ 5V量程从13引脚输入-10V～ 10V量