放大器
传感器
多
路
开
关
采
样
保
持
AD
转
换
定时和逻辑控制
传感器
控
制
器
计
算
机
32 道路数据1采集系统
实验1：过程接口板设计报告 1、设计内容
设计一个 32 道路数据采集系统
2、设计要求
正负输入信号 5V；用查询法读取 A/D 的转换数；
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：
RS232
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。
采样保持电路 A/D 转换单元。
连接电路的硬件和单片机。
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
1
5481061113
5
4
8
10
6
11
13
12
32 道路数据2采集系统
2、设计步骤
32 路数据采集系统的硬件部分：多路数据输入部分和采样保持部分 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)选择多路开关
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 多路输入中的一路换开关连接到后续电路。切换过程可以在 CPU 或数字电路 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。
要实现本实验 32 选择路数据采集 4 片 8 选 1 的模拟开关 CD4051。 CD4051 电平转换电路、译码驱动电路和 CMOS 模拟开关电路三部分组
成功。开关部分的电源电压为 VEE(低端)和 VDD(高端)，因此需要控制电压
为
VEE～VDD，电平转换电路将输入逻辑控制电压(A、B、C、INH 端)从
V
SS
～V
DD
转换到 V
EE
～V
DD
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、控制或输入 行 A/D 转换。因此，在转换非电量到电量后，需要放大信号。因为以前 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 操作放大器 AD521 作为前置放大器。
15V
Rs100K
输入
1
1
14
RG
AD521
7
输出
10K
-15V
AD521 外接线图
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 转换 当多通道同步采样而非多通道采样时，无需采样/保持电路。当控制信号时
U
C
采样电平时，开关 S 通过开关导通模拟信号 S 向保持电容 C
H
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 平时保持电，开关 S 此时输出电压断开 Uo 保持模拟开
2
-Us Us43510 IN
-Us
Us
4
3
5
10
IN NC
NC NC
NULL L
NULL L-
-Us Us
CH -IN
NC OUTPUT
-IN
32 道路数据3采集系统
关 S 断开时的瞬时值。为了维持阶段 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。
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
以速度和精度为主要因素，选择采样/保持器。因为它会影响采样/保护 持器误差源较多，因此关键在于误差分析。AD582 它由高性能运输 由结型场效应管集成的放大器组成的计算放大器、低阻的模拟开关。 采用 14 脚双列直插式包装，如管脚和结构图所示 1 是同相输入端，
脚 9 是反向输入端，保持电容 C
H
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 脚直流调零电位器； 2，7，13，14 为空脚(NC)。
14
13
12
11
10
9
8
AD582 管脚图
由于 AD582 因此，选择上述特征 AD582 采样保持器。 下图为 AD582 的连接图。
L-
L
AD582
OUTPUT
9
8
Uo
Ui
1
IN
CH
6
CH
10K
RL
2K
0.05uF
0.05uF
-15V
3
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
5V
32 路的数据4